WO2010098138A1 - 駆動装置、レンズ部品、及びカメラモジュール - Google Patents

駆動装置、レンズ部品、及びカメラモジュール Download PDF

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WO2010098138A1
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drive shaft
shaft
drive
lens
holding portion
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青木進
川村等
蓮田大
高橋英二
信太郁夫
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日立マクセル株式会社
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    • H02N2/021Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
    • H02N2/025Inertial sliding motors
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    • G02OPTICS
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    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/55Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
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    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/18Mechanical movements
    • Y10T74/18056Rotary to or from reciprocating or oscillating

Definitions

  • the present invention relates to a drive device, a lens component, and a camera module.
  • imaging devices such as cameras have been incorporated into a wide variety of products.
  • a camera is mounted on a small electronic device such as a mobile phone or a notebook computer, the miniaturization of the camera itself is also strongly demanded.
  • Patent Document 1 discloses a system in which a plate spring biases a piezoelectric element to engage the piezoelectric element and a shaft member with each other.
  • Patent Document 2 discloses a technique of applying a drive voltage having a predetermined relationship with the resonance frequency of the piezoelectric element under predetermined conditions.
  • the drive device is a direction substantially intersecting the arrangement direction of the drive shaft seen from the move object, the connection object in which the drive shaft is connected to the piezoelectric element, the movement object on which the connection body is fixed, and the movement object And a shaft holding portion that holds the drive shaft in a slidable state together with the biasing unit.
  • a coupling body in which a piezoelectric element and a driving shaft are coupled, a moving object on which the coupling body is fixed, and a center of the moving object and a center of the driving shaft when viewed from above
  • the biasing means preferably comprises at least a first plate member and an elastic body in this order along a direction away from the drive shaft.
  • the biasing means further includes a second plate member at a position farther from the drive shaft than the elastic body, and a width of the second plate member along a direction intersecting the longitudinal direction of the drive shaft is It is preferable that the width is smaller than the width of the first plate member along the direction intersecting the longitudinal direction of the drive shaft. It is preferable that the shaft holding portion accommodates the biasing means at least partially.
  • an angle formed by the disposition direction of the drive shaft and the biasing direction of the drive shaft by the biasing unit when viewed from the moving object is in a range of 45 degrees to 135 degrees. It is preferable that the arrangement direction of the drive shaft viewed from the moving object and the biasing direction of the drive shaft by the biasing unit be substantially orthogonal to each other.
  • the angle between the center line and the biasing direction of the drive shaft by the biasing unit when viewed from above is preferably in the range of 170 degrees to 190 degrees.
  • the angle between the center line and the biasing direction of the drive shaft by the biasing unit when viewed from above is preferably in the range of 175 degrees to 185 degrees.
  • the shaft holder is disposed between the moving object and the envelope.
  • the top view shape of the envelope is a polygonal shape, and the shaft holding portion is disposed at a corner of the envelope. It is preferable that the top view shape of the said envelope is a rectangular parallelepiped shape which is substantially square.
  • the width of the shaft holding portion along the direction intersecting the center line in the top view shape is narrowed toward the corner of the envelope. It is preferable that the shaft holding portion has a shape along an outer peripheral surface of the moving object.
  • the envelope has a guide shaft disposed in parallel with the drive shaft at a position facing the shaft holding portion, and the moving object has an engagement portion engaged with the guide shaft. Is preferred.
  • the shaft holding portion be integral with the envelope. It is preferable that the shaft holding portion be separate from the envelope. It is preferable that the shaft holding portion abuts and holds the outer periphery of the drive shaft together with the first plate member at a plurality of places. It is preferable that the said axis
  • the shaft holder preferably includes an aluminum alloy or a zinc alloy.
  • the object to be moved is a lens holder for holding a lens, and the center of the object to be moved is preferably the optical axis of the lens.
  • the lens component according to the present invention includes a connector in which a drive shaft is connected to a piezoelectric element, a lens holder holding a lens and a connector fixed thereon, and an arrangement direction of the drive shaft viewed from the lens holder Biasing means for biasing the drive shaft in intersecting directions (but excluding the longitudinal direction of the drive shaft), and a shaft holding portion for slidably holding the drive shaft together with the biasing means; Equipped with
  • a lens component according to the present invention includes a connector including a piezoelectric element and a drive shaft, a lens holder that holds the lens and the connector is fixed, and a center of the moving object when viewed from above.
  • Biasing means for biasing the drive shaft in a direction substantially parallel to a center line connecting the centers of the drive shafts; and a shaft holding portion for slidably holding the drive shaft together with the biasing means;
  • a connecting body in which a drive shaft is connected to a piezoelectric element, a lens holder holding a lens and the connecting body fixed, and an arrangement direction of the drive shaft viewed from the lens holder
  • Biasing means for biasing the drive shaft in intersecting directions (but excluding the longitudinal direction of the drive shaft), and a shaft holding portion for slidably holding the drive shaft together with the biasing means
  • imaging means for capturing an image input through the lens.
  • a camera module includes a connector having a piezoelectric element and a drive shaft connected thereto, a lens holder holding a lens and having the connector fixed thereon, and a center of the moving object when viewed from above.
  • Biasing means for biasing the drive shaft in a direction substantially parallel to a center line connecting the centers of the drive shafts; a shaft holding portion for slidably holding the drive shaft together with the biasing means; And imaging means for capturing an image input through the lens.
  • An electronic device includes the above-described camera module.
  • a drive apparatus includes a connecting body in which a piezoelectric element and a drive shaft are connected, and a fixed side in which the drive shaft is engaged directly or indirectly in a slidable state along the longitudinal direction of the drive shaft. And a drive voltage generation circuit that generates a drive voltage to be applied to the piezoelectric element based on a member and a pulse signal having a duty ratio of 10% or less. A drive voltage is generated based on a pulse signal having a duty ratio of 10% or less, and this is applied to the piezoelectric element. By narrowing the pulse width of the pulse included in the pulse signal, the piezoelectric element is expanded or contracted in a short time. This allows the moving object to be displaced efficiently. Also, the frequency band of the pulse signal can be expanded. The moving object may be fixed to the connected body.
  • the drive voltage generation circuit may include a pulse signal generation circuit that generates the pulse signal, and a plurality of switching elements whose operation state is determined according to the output of the pulse signal generation circuit.
  • the pulse signal generation circuit may generate the plurality of pulse signals in an inverted relationship with each other.
  • the plurality of switching elements may operate complementarily in accordance with the corresponding pulse signal.
  • the apparatus further comprises a moving object which is displaced with the connector with respect to the stationary member in response to the drive of the piezoelectric element.
  • a camera module includes the above-described drive device, a lens directly or indirectly attached to the coupling body, and an imaging element for capturing an image input through the lens.
  • a lens component according to the present invention comprises the above-described drive device and a lens attached directly or indirectly to the coupling body.
  • the drive shaft is engaged directly or indirectly in a state in which it is possible to slide along a longitudinal direction of the drive shaft and a coupling body in which the piezoelectric element and the drive shaft are connected.
  • a driving device includes a piezoelectric element that expands and contracts according to a driving voltage generated based on a pulse signal having a duty ratio of 25% or less, and a driving shaft in which the piezoelectric element is directly or indirectly connected.
  • the fixed side member engaged with the drive shaft directly or indirectly in a slidable state along the longitudinal direction of the drive shaft, and the voltage value of the drive voltage has a first voltage level in a relatively short time
  • the second voltage level the fixed side member is displaced along with the piezoelectric element and the drive shaft, and the voltage value of the drive voltage takes a relatively long time.
  • a moving object that is not substantially displaced with respect to the stationary member during a second period in which the voltage level changes between the second voltage level.
  • the lens drive device is a fixed body in which the drive shaft is engaged directly or indirectly in a state where it is slidable along the longitudinal direction of the drive shaft, and a coupling body in which the piezoelectric element and the drive shaft are connected.
  • a driven member which is displaced together with the connecting member with respect to the fixed side member in response to the application of a driving voltage to the piezoelectric element, wherein the driven member has a relative value of the driving voltage.
  • the fixed side member may be an envelope at least partially surrounding the driven member.
  • the driven member and the envelope may be connected to each other via at least an engagement portion slidably engaged with the drive shaft.
  • the drive voltage may be generated based on a pulse signal having a duty ratio of 10% or less.
  • the driven member may be a lens holder.
  • a camera module includes the above-described drive device, and an imaging element for capturing an image input through a lens held by the lens holder.
  • the drive device includes a connecting body in which a piezoelectric element and a drive shaft are connected, and a fixed side in which the drive shaft is engaged directly or indirectly in a slidable state along the longitudinal direction of the drive shaft.
  • a driven member which is displaced along with the connector with respect to the fixed side member in response to application of a drive voltage to the piezoelectric element, the driven member having a relatively short time for the piezoelectric element When the piezoelectric element is expanded and contracted for a relatively long time, it is not substantially displaced with respect to the fixed side member.
  • the drive shaft is engaged directly or indirectly in a state in which it is possible to slide along a longitudinal direction of the drive shaft and a coupling body in which the piezoelectric element and the drive shaft are connected.
  • a control method of a drive device comprising: a fixed side member, and a driven member which is displaced together with the coupling body with respect to the fixed side member in response to the application of a drive voltage to the piezoelectric element
  • the drive shaft and the portion holding the drive shaft can be engaged with each other with an appropriate force without increasing the size of the drive device.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a camera module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic partial exploded perspective view of a camera module according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic perspective view of a lens unit concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a schematic top view of a camera module concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a camera module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a camera module according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic side view of the lens unit concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic partial top view of a camera module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of different lens units according to the first embodiment of the present invention. It is a schematic disassembled perspective view of the different link member concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic partial top view of different camera modules according to the first embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of a mobile phone concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of a mobile phone concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram of a drive concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a rough timing chart which shows the application method of the drive waveform concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a drive voltage generation circuit according to a first embodiment of the present invention. It is a table
  • 1 and 2 show perspective views of the camera module 150.
  • FIG. A perspective view of the lens unit 30 is shown in FIG.
  • a top view of the camera module 150 is shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view between V and V in FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view between VI and VI in FIG.
  • a camera module (camera component) 150 includes a wiring substrate 10, a connector 11, a transparent substrate 13, a housing (enclosure) 20, a lens unit (lens component) 30, and a lid 50. Have. As shown in FIGS. 5 and 6, the camera module 150 further includes an imaging element (imaging unit) 12.
  • the connector 11 is disposed at one end of the wiring substrate 10.
  • an imaging module in which the imaging device 12 is bonded to the transparent substrate 13 is disposed.
  • the transparent substrate 13, the housing 20, the lens unit 30, and the lid 50 are disposed on the imaging element 12 in this order.
  • the housing 20 functions as a stationary member in a non-moving state (fixed state) as viewed from the lens unit 30 (or lenses L1 to L3 described later) which is a moving object.
  • the wiring substrate 10 is a flexible sheet-like wiring substrate.
  • the wiring substrate 10 functions as a transmission path of a control signal input to the imaging device 12 and a video signal output from the imaging device 12.
  • the wiring substrate 10 also functions as a transmission path of the drive voltage input to the piezo element 42.
  • the connector 11 forms a connection portion for electrically and mechanically fixing the camera module 150 to the main device.
  • the imaging device 12 is a general solid-state imaging device such as a charge coupled device (CCD) sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor.
  • the imaging element 12 has a plurality of pixels arranged in a matrix in the XZ plane. The input image is converted into image data and output by performing photoelectric conversion in each pixel.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the transparent substrate 13 is a plate-like member substantially transparent to input light.
  • the top view shape of the transparent substrate 13 is a square.
  • the imaging element 12 is bump-connected to the back surface of the transparent substrate 13.
  • the housing 20 is disposed on the transparent substrate 13.
  • the housing 20 accommodates the transparent substrate 13 in the lower space, and accommodates the lens unit 30 in the upper space.
  • modularization of the camera function can be achieved.
  • the lower end surface of the housing 20 is fixed to the wiring board 10 via a black adhesive.
  • the housing 20 is manufactured, for example, by molding a black resin.
  • the lens unit 30 includes a lens holder (holding member) 31, a piezoelectric element (piezoelectric element) 42, a transmission shaft (drive shaft) 44, and a link member (shaft holding portion) 45. As shown in FIG. 5, the lens unit 30 further includes lenses L1 to L3.
  • the transmission shaft 44 is fixed to the lens holder 31.
  • the link member 45 is engaged with the transmission shaft 44 in a slidable manner along the y-axis. That is, the link member 45 is frictionally engaged with the transmission shaft 44.
  • the relative positional relationship between the lens holder 31, the piezoelectric element 42, and the transmission shaft 44 is fixed. These are movable relative to the link member 45.
  • the lens holder 31 accommodates the lenses L1 to L3 therein.
  • the lens unit 30 is movable along the y-axis (an axis coinciding with the optical axis of the lenses L1 to L3) according to the drive of the piezo element 42 (except for the link member 45).
  • the link member 45 can be grasped as a connecting member (connecting portion) for connecting the lens holder 31 to the housing 20.
  • a transmission shaft 44 with the piezo element 42 fixed at one end, and a link member 45 frictionally engaged with the transmission shaft 44 are disposed on the outer periphery of the lens holder 31, a transmission shaft 44 with the piezo element 42 fixed at one end, and a link member 45 frictionally engaged with the transmission shaft 44 are disposed.
  • the piezoelectric element 42 and the transmission shaft 44 are connected to each other by adhesion with a soft curing adhesive. However, both may be connected to each other by fitting.
  • the support plates 32 a and 32 b are extension portions extending to the outside of the lens holder 31.
  • the support plates 32 a and 32 b are preferably integral with the lens holder 31, but may be separate from the lens holder 31.
  • the transmission shaft 44 is fixed to the lens holder 31 by fitting the transmission shaft 44 into the holes formed in the support plates 32 a and 32 b.
  • a link member 45 engaged with the transmission shaft 44 is disposed between the support plates 32a and 32b.
  • the link member 45 In each member of the support plates 32 a and 32 b and the link member 45, holes into which the transmission shaft 44 is inserted are formed. With the link member 45 disposed between the support plates 32a and 32b, the transmission shaft 44 is inserted into these members. Thus, the lens holder 31 and the link member 45 are connected via the transmission shaft 44.
  • the movement range of the lens holder 31 can be restricted.
  • the transmission shaft 44 may be supported by only the support plate 32 a or the support plate 32 b without being limited to such two-point support.
  • the lens holder 31 and the upper surface of the piezoelectric element 42 may be connected via a support plate.
  • the support plate 32 b fixedly supports the transmission shaft 44.
  • the hole formed in the support plate 32 b is slightly narrower than the diameter of the transmission shaft 44.
  • the transmission shaft 44 can be fixed to the support plate 32 b by applying pressure to the holes formed in the support plate 32 b and inserting the transmission shaft 44.
  • the hole diameter of the support plate 32a is also the same as that of the support plate 32b.
  • the transmission shaft 44 can be tightly held by the support plates 32a and 32b.
  • the degree of vibration transmission between the transmission shaft 44 and the support plates 32a and 32b can be increased.
  • the lens holder 31 can be displaced efficiently.
  • thermosetting epoxy adhesive may be employed.
  • the lens holder 31 accommodates the lenses L1 to L3.
  • the lenses L1 to L3 are press-fit into the lens holder 31, and these are positioned on the lens holder 31 with a predetermined accuracy.
  • the lens may be fixed to the lens holder 31 by a method other than press-fitting.
  • an opening OP2 is formed in the upper plate portion of the lens holder 31, in the upper plate portion of the lens holder 31, an opening OP2 is formed.
  • the upper plate portion of the lens holder 31 optically functions as a stop.
  • the piezoelectric element 42 is a general piezoelectric element in which a ceramic layer (piezoelectric layer) is stacked. A pair of electrodes is formed on the side surface of the piezo element 42. For example, in a state in which one of the electrodes is grounded, the piezoelectric element 42 expands and contracts in the Y-axis direction by applying a drive voltage to the other electrode.
  • the transmission shaft 44 is fixed to the lower surface of the piezo element 42. Specifically, in a state where the upper end surface of the transmission shaft 44 is mounted on the lower surface of the piezoelectric element 42, the transmission shaft 44 is fixed to the piezoelectric element 42 via an adhesive.
  • the transmission shaft 44 may be fixed to the piezo element 42 by a method other than the adhesive. For example, an attachment having the same cross-sectional shape as the piezoelectric element and having a recess in which the transmission shaft can be fitted at the top is disposed on the piezoelectric element 42, and the transmission shaft 44 and the piezoelectric element 42 are coupled You may do it.
  • the method of connecting the piezo element 42 and the transmission shaft 44 is arbitrary.
  • the piezoelectric element 42 may be brought into contact with the side surface of the transmission shaft 44 to connect the two.
  • the transmission shaft 44 transmits the vibration generated by the piezo element 42 to the link member 45.
  • the link member 45 is connected to the housing 20 and positionally fixed.
  • the transmission shaft 44 transmits the vibration generated by the piezoelectric element 42 to the housing 20 via the link member 45. Since the link member 45 is fixed to the housing 20, the piezoelectric element 42, the transmission shaft 44, and the lens holder 31 move relative to the link member 45 by the vibration generated by the piezoelectric element 42.
  • the transmission shaft 44 is made of a material having a specific gravity of 2.1 or less. More preferably, the transmission shaft 44 is made of a material having a specific gravity of 2.1 or less and an elastic modulus of 20 GPa or more. More preferably, the transmission shaft 44 is made of a material having a specific gravity of 2.1 or less and an elastic modulus of 30 GPa or more. Thereby, the resonance frequency can be shifted to the high frequency side, and a continuous usable frequency band can be obtained.
  • the transmission shaft 44 may be made of glassy carbon, fiber reinforced resin, or epoxy resin.
  • a glassy carbon composite material containing graphite, a fiber reinforced resin containing carbon, a glass, and an epoxy resin composite material containing carbon are particularly preferable.
  • the configuration of the link member 45 will be described later.
  • a wiring pattern is formed in advance on the back surface of the transparent substrate 13.
  • a plurality of solder bumps (not shown) are disposed between the transparent substrate 13 and the imaging device 12. That is, the imaging element 12 is bump-mounted on the transparent substrate 13.
  • the imaging element 12 is mechanically fixed to the transparent substrate 13 through the solder bumps, and electrically connected to the wiring of the transparent substrate 13 through the solder bumps.
  • the light receiving surface of the image sensor 12 is disposed on the transparent substrate 13 side.
  • the distance (separation distance) between the imaging element 12 and the transparent substrate 13 is determined by the size of the above-described solder bump. By appropriately controlling the size of the solder bumps, it is possible to accurately position the imaging device 12 and the transparent substrate 13. Further, since the positioning is performed by the plurality of solder bumps, the separation distance between the imaging element 12 and the transparent substrate 13 is averaged.
  • the transparent substrate 13 is bump-connected to the wiring substrate 10. That is, the transparent substrate 13 is fixed to and electrically connected to the wiring substrate 10 through the solder bumps. A space is secured between the imaging element 12 and the wiring substrate 10 by the solder bumps between the transparent substrate 13 and the wiring substrate 10. In other words, the solder bumps between the transparent substrate 13 and the wiring substrate 10 function as spacers for forming a space between the imaging device 12 and the wiring substrate 10.
  • ribs (position restricting portions) 22 a and 22 b are formed on the back side of the partition 22 that separates the upper space and the lower space of the housing 20.
  • casing 20 on the transparent substrate 13 the transparent substrate 13 can be pressed down from upper direction, and the transparent substrate 13 can be positioned suitably.
  • the arrangement position of the transparent substrate 13 may be regulated from the upper direction directly by the housing 20 without providing the ribs 22a and 22b.
  • the partition portion 22 is formed with an opening OP1 for optically communicating the upper and lower spaces.
  • the aperture OP1 may be any aperture in the optical sense.
  • a rib (not shown) facing the side surface of the transparent substrate 13 may be formed on the housing 20.
  • the arrangement position of the transparent substrate 13 can be preferably regulated from the lateral direction, and the transparent substrate 13 can be suitably positioned.
  • the arrangement position of the transparent substrate 13 may be regulated in the lateral direction directly by the housing 20 without providing such a rib.
  • a reinforcing plate 15 is disposed below the wiring substrate 10.
  • the reinforcing plate 15 is made of a resin material such as polyimide.
  • the reinforcing plate 15 is black.
  • the lid 50 is attached to the housing 20.
  • the lens unit 30 disposed in the upper space of the housing 20 can be enclosed in the housing 20.
  • the lid 50 is attached to the housing 20 by screws.
  • the lid 50 can be attached to and detached from the housing 20 by fixing the lid 50 with the screw instead of adhesively fixing the lid 50 to the housing 20.
  • the lid 50 is manufactured, for example, by molding a resin.
  • FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view between XIII and XIII in FIG.
  • An exploded perspective view of the link member 45 is shown in FIG.
  • the rear view of the link member 45 is shown in FIG.
  • a top view of the link member 45 is shown in FIG.
  • casing 20 is typically shown in FIG.
  • the link member 45 has a link main body 45h, a pressing plate (first plate-like member) 45p, a spring (elastic body) 45q, and a pressing plate (second plate-like member) 45r. .
  • the biasing means is formed to include at least a spring 45 q.
  • the spring 45 q is a general coil spring.
  • the diameter of the spring 45 q is substantially the same as or slightly smaller than the diameter of the pressing plate 45 p.
  • the specific configuration of the spring 45 q is optional.
  • Other types of elastic bodies (leaf springs, resin rubber, etc.) may be used.
  • the link body 45 h is manufactured by molding a resin with a mold.
  • the pressing plates 45p and 45r are manufactured by press molding of a metal plate or a resin plate.
  • the width along the axis Lx1 of the pressing plate 45p is narrower than the width along the axis Lx1 of the pressing plate 45r.
  • the spring 45 q can be disposed at a position closer to the inner side surface of the housing 20, and the camera module 150 can be miniaturized.
  • the spring 45q biases the pressing plate 45p in a direction (direction along the axis Lx2) forming 90 degrees with respect to the arrangement direction of the transmission shaft 44 (direction along the axis Lx1) viewed from the lens holder 31 Do.
  • the angle between the axis Lx1 and the axis Lx2 is not limited to 90 degrees.
  • the angle between the axis Lx1 and the axis Lx2 may be 45 to 135 degrees.
  • the presser plate 45p, the spring 45q, and the presser plate 45r are sequentially pushed into the space formed in the link main body 45h.
  • a presser plate 45p and a spring 45q are accommodated in an opening 45h7 formed in the link main body 45h.
  • a presser plate 45r is accommodated in an opening 45h8 formed in the link main body 45h.
  • the pressing plate 45r is adhesively fixed to the link main body 45h.
  • the link main body 45h can be easily assembled. Also, by adopting an appropriate spring 45q, the biasing force on the transmission shaft 44 can be determined. As compared with the case of using a leaf spring, it is possible to effectively suppress the variation in the biasing force on the transmission shaft 44 between manufactured products.
  • the pressing plate 45p is a plate-like member having a left end 45p3, a body 45p4, and a right end 45p5.
  • the left end 45p3 and the right end 45p5 have a narrower width along the y-axis than the body 45p4. This can suppress an increase in the width of the link main body 45h along the y axis.
  • the movement range of the lens unit 30 can be sufficiently secured by suppressing the height (the width along the y-axis) of the link main body 45 h.
  • the presser plate 45p is made of a metal material.
  • the pressing plate 45p may be formed of a metal material such as a zinc alloy or an aluminum alloy. As a result, it is possible to effectively suppress the generation of wear powder from the presser plate 45p due to the friction between the transmission shaft 44 and the presser plate 45p.
  • the link main body 45h has an annular portion (shaft holding portion) 45h1 and a storage portion 45h2.
  • the annular portion 45 h 1 is an annular portion that has an opening through which the transmission shaft 44 is inserted and that surrounds the transmission shaft 44 inserted into the opening.
  • the storage portion 45h2 is the remaining portion connected to the annular portion 45h1.
  • Protrusions 45 h 3 and 45 h 4 that project toward the transmission shaft 44 are formed on the inner side surface of the annular portion 45 h 1.
  • Each protrusion 45 h 3, 45 h 4 is formed by partially flattening the inner side surface of the annular portion 45 h 1.
  • the protrusions 45 h 3 and 45 h 4 may be metal.
  • wear powder may be generated due to the friction with the transmission shaft 44. Therefore, although insert molding of the metal plate by resin is considered, there is concern about the deterioration of a dimensional accuracy, the cost of a metal mold
  • it is formed of a zinc alloy, overcoming the underlying shape.
  • the transmission shaft 44 is held in contact at three points between the link main body 45h and the pressing plate 45p by the pressing plate 45p, the projecting portion 45h3 and the projecting portion 45h4.
  • the three contact points are at substantially equal intervals and shifted in order by 120 degrees.
  • a curved surface 45h2a corresponding to the outer peripheral surface of the lens holder 31 is formed on the link body 45h.
  • the link body 45 h has a tail portion 45 h 2 b extending in a direction away from the transmission shaft 44.
  • the link body 45 h is fixed to the housing 20 by the fitting between the tail portion 45 h 2 b and the housing 20.
  • the link member 45 when it shows in FIG. 11, the link member 45 is in the state attached with respect to the housing
  • the spring 45 q is confined in the space of the link body 45 h by the pressing plate 45 r and biases the pressing plate 45 p toward the transmission shaft 44.
  • the pressure plate 45p is biased toward the transmission shaft 44 by a spring 45q.
  • the transmission shaft 44 is pressed by the pressing plate 45p and abuts on the protrusions 45h3 and 45h4.
  • the presser plate 45p and the spring 45q are housed in the link main body 45h, and these are confined from behind by the presser plate 45r.
  • the transmission shaft 44 inserted into the opening of the link main body 45h is held between the link main body 45h and the pressing plate 45p.
  • the link main body 45 h and the pressing plate 45 p are frictionally engaged with the transmission shaft 44.
  • the transmission shaft 44 and the link member 45 can be frictionally engaged with each other without increasing the size of the drive device.
  • the link member 45 and the transmission shaft 44 are in contact at three points. Thus, the transmission shaft 44 can be stably held.
  • the link member 45 is attached to the housing 20.
  • Protrusions 26 a and 26 b are formed on the inner side surface of the housing 20.
  • the above-mentioned tail portion 45h2b is fitted between the protrusions 26a, 26b.
  • the link member 45 is disposed at the corner of the housing 20.
  • the link member 45 may be fixed to the housing 20 using a normal thermosetting or energy ray curable adhesive.
  • the side walls of the housing 20 are partially removed.
  • the link main body 45 h By arranging the link main body 45 h in the housing 20, the outer side surface of the link main body 45 h becomes flush with the outer side surface of the housing 20.
  • the lens holder 31 By adopting such a configuration, the lens holder 31 can be disposed closer to the housing 20. By this, size reduction of the camera module 150 can be achieved effectively.
  • the width (width along the x axis) is wide. As a result, even when an opening is formed in the side wall portion of the housing 20, entry of foreign matter into the housing 20 from the outside can be effectively suppressed.
  • the pressing plate 45p is in the direction (direction along the axis Lx2) at which the spring 45q forms 90 degrees with respect to the arrangement direction of the transmission shaft 44 (direction along the axis Lx1) viewed from the lens holder 31. I am energized, but it is not this limitation.
  • the spring 450 q is a pressing plate 450 p on a line (axis Lx 1) directed in the direction of the center of the lens holder 31, ie, the center of the transmission shaft 44 viewed from the optical axis. It may be configured to energize.
  • the biasing direction of the presser plate 450p is on the axis Lx1.
  • the biasing direction of the pressing plate 450p is on the axis Lx1, the biasing direction of the pressing plate 450p may be parallel to the axis Lx1.
  • the angle between the axis Lx1 and the urging direction of the pressing plate 450p is not limited to 180 degrees. If the angle between the axis Lx1 and the urging direction of the presser plate 450p is in the range of 170 to 190 degrees, the purpose of downsizing can be sufficiently achieved, and more preferably 175 to 185 degrees.
  • a pressure plate (first plate member) 450p, a spring (elastic member) 450q, and a pressure plate (second plate member) 450r are sequentially pushed into the space formed in the link main body 450h.
  • Be A presser plate 450p and a spring 450q are accommodated in an opening 450h7 formed in the link body 450h.
  • a presser plate 450r is accommodated in an opening 450h8 formed in the link main body 450h.
  • the pressing plate 450r is adhesively fixed to the link main body 450h.
  • the link body 450 h is simple Can be assembled.
  • the pressing plate 450 p is a member having a protrusion 450 s at the center of a plate-like member including a left end 450 p 3, a body 450 p 4, and a right end 450 p 5.
  • the left end 450p3 and the right end 450p5 the displacement of the pressing plate 450p accommodated in the opening 450h7 of the link body 450h in the vertical direction (y-axis direction) is restricted.
  • the left end 450 p 3 and the right end 450 p 5 have a narrower width along the y-axis than the trunk 450 p 4.
  • the movement range of the lens unit 30 can be sufficiently secured by suppressing the thickness (the width along the y-axis) of the annular portion 450 h 1.
  • the protrusion 450s has a cylindrical shape, and a spring 450q is inserted in the outer peripheral portion thereof. When inserting the pressing plate 450p into the link main body 450h, the projection 450s serves as an auxiliary knob for facilitating the insertion, and at the same time restricts the movement of the spring 450q.
  • the movement range of the lens unit 30 can be sufficiently secured by suppressing the height (the width along the y axis) of the link body 450 h.
  • the presser plate 450p is made of a metal material.
  • the pressing plate 450p may be formed of a metal material such as a zinc alloy or an aluminum alloy. As a result, it is possible to effectively suppress the generation of wear powder from the presser plate 450p due to the friction between the transmission shaft 44 and the presser plate 450p.
  • the link main body 450h has an annular portion (shaft holding portion) 450h1 and a storage portion 450h2.
  • the annular portion 450h1 has an opening through which the transmission shaft 44 is inserted, and is an annular portion surrounding the transmission shaft 44 inserted into the opening.
  • the storage portion 450 h 2 is the remaining portion connected to the ring-shaped portion 450 h 1.
  • Protrusions 450 h 3 and 450 h 4 protruding toward the transmission shaft 44 are formed on the inner side surface of the ring-shaped portion 450 h 1.
  • Each protrusion 450 h 3, 450 h 4 is formed by partially planarizing the inner surface of the annular portion 450 h 1.
  • the protrusions 450 h 3 and 450 h 4 may be metal.
  • the protrusions 450 h 3 and 450 h 4 are resin, wear powder may be generated due to the friction with the transmission shaft 44. Therefore, although insert molding of the metal plate by resin is considered, there is concern about the deterioration of a dimensional accuracy, the cost of a metal mold
  • the transmission shaft 44 is held in contact at three points between the link main body 450h and the pressing plate 450p by the pressing plate 450p, the projecting portion 450h3 and the projecting portion 450h4.
  • the three contact points are at substantially equal intervals and shifted in order by 120 degrees.
  • the link main body 450 h has tail portions 450 h 2 a and 450 h 2 b.
  • the link body 450 h is fixed to the housing 200 by the fitting between the tails 450 h 2 a and 450 h 2 b and the housing 20.
  • the link member 450 When shown in FIG. 16, the link member 450 is attached to the housing 200.
  • the spring 450 q is confined in the space of the link body 450 h by the pressing plate 450 r and biases the pressing plate 450 p toward the transmission shaft 44.
  • the presser plate 450p is biased toward the transmission shaft 44 by a spring 450q.
  • the transmission shaft 44 is pressed by the pressing plate 450p and abuts on the protrusions 450h3 and 450h4.
  • the presser plate 450p and the spring 450q are accommodated in the link main body 450h, and these are confined from behind by the presser plate 450r.
  • the transmission shaft 44 inserted into the opening of the link main body 450h is held between the link main body 450h and the pressing plate 450p.
  • the link main body 450 h and the pressing plate 450 p frictionally engage with the transmission shaft 44.
  • the transmission shaft 44 and the link member 450 can be frictionally engaged with each other without increasing the size of the drive device.
  • the link member 450 and the transmission shaft 44 are in contact at three points. Thus, the transmission shaft 44 can be stably held.
  • the link member 450 is attached to the housing 200.
  • Protrusions 260 a and 260 b are formed on the inner side surface of the housing 200.
  • the tail portions 450h2a and 450h2b described above are fitted between the protrusions 260a and 260b.
  • the link member 450 is disposed at the corner of the housing 200.
  • the link member 450 may be fixed to the housing 200 using a normal thermosetting or energy ray curing adhesive.
  • the side walls of the housing 200 are partially removed.
  • the link main body 450 h By arranging the link main body 450 h in the housing 200, the outer side surface of the link main body 450 h becomes flush with the outer side surface of the housing 200.
  • the lens holder 31 By adopting such a configuration, the lens holder 31 can be disposed closer to the housing 200. By this, size reduction of the camera module 150 can be achieved effectively.
  • the width (width along the x axis) is wide.
  • the link member 45 (450) and the housing 20 (200) can be integrally molded by using a manufacturing method called insert molding.
  • insert molding a manufacturing method called insert molding.
  • the link member 45 (450) of the lens unit 30 is embedded in a part of the mold and the housing 20 (200) And the lens unit 30 integrally.
  • the positional accuracy of the lens unit 30 with respect to the housing 20 (200) can be improved more than the attachment by the above-mentioned fitting.
  • the housing 20 (200) has equal width and height.
  • the top view shape of the housing 20 (200) is square.
  • the optical axis of the lens is set in the vicinity of the intersection of the diagonals of the housing 20 (200). Thereby, the optical axis of the lens can be easily positioned by positioning on the housing 20 (200). According to the results of trial manufacture by the inventors, it is possible to effectively compress the vertical width and the horizontal width of the housing 20 than in the conventional case by adopting the above-mentioned link member 45 (450).
  • a rail 24 for guiding the displacement of the lens unit 30 is formed on the housing 20 (200).
  • the rail 24 is received by the rail receiving portion 35 formed on the outer periphery of the lens holder 31, and the lens holder 31 slidably contacts the housing 20 (200).
  • the lens holder 31 is displaced along the rail 24 in response to the drive of the piezo element 42.
  • the camera module 150 is incorporated into a mobile phone (electronic device) 90 shown in FIG.
  • the mobile phone 90 has an upper main body (first member) 91, a lower main body (second member) 92, and a hinge 93.
  • the upper main body 91 and the lower main body 92 are both flat members made of plastic, and are connected via a hinge 93.
  • the upper body 91 and the lower body 92 are configured to be openable and closable by a hinge 93.
  • the cellular phone 90 is a flat member in which the upper body 91 and the lower body 92 are superimposed.
  • the upper main body 91 has a display unit 94 on its inner surface. On the display unit 94, information (name, telephone number) for specifying a called party, an address book stored in the storage unit of the mobile phone 90, and the like are displayed. Below the display unit 94, a liquid crystal display device is incorporated.
  • the lower body 92 has a plurality of buttons 95 on its inner surface.
  • the operator of the mobile phone 90 operates the button 95 to open the address book, place a call, set the silent mode, and operate the mobile phone 90 as intended.
  • the operator of the mobile phone 90 activates the camera module 150 in the mobile phone 90 based on the operation of the button 95.
  • FIG. 19 shows the configuration of the front (upper surface) of the mobile phone 90.
  • a display area 96 is formed on the front surface of the upper main body 91.
  • the above-described camera module 150 is incorporated in the area 97 on the front surface of the upper main body 91.
  • the output of the controller 80 is connected to the drive voltage generation circuit 81.
  • the output of the drive voltage generation circuit 81 is connected to the piezo element 82.
  • the controller 80 is a CPU incorporated in the mobile phone 90, and executes a program to generate various commands.
  • the controller 80 activates the function of the camera module in response to the operation of the mobile phone 90 by the operator.
  • the drive voltage generation circuit 81 generates a drive voltage to be applied to the piezo element 82 in accordance with a control signal from the controller 80. At this time, the autofocus function of the camera module is in the on state, and the imaging device is also in the imaging mode.
  • the piezo element 82 corresponds to the above-described piezo element 42.
  • a drive voltage of a sawtooth waveform (hereinafter also referred to simply as a drive waveform) is applied to the piezo element 42.
  • the waveform of the drive voltage should not be limited to the sawtooth shape.
  • the drive waveform shown in FIG. 21A is applied to the piezo element 42.
  • the rising period TR1 is shorter than the falling period TR2.
  • the lens holder 31 is displaced forward during the rising period TR1 of the drive waveform. On the other hand, the lens holder 31 is not displaced during the falling period TR2 of the drive waveform.
  • the lens holder 31 can be displaced in the forward direction (object side) by applying a driving waveform whose rising period TR1 is shorter than the falling period TR2 to the piezo element.
  • the lens holder 31 is not displaced during the rising period TR3 of the drive waveform. On the other hand, the lens holder 31 is displaced rearward during the falling period TR4 of the drive waveform.
  • the lens holder 31 can be displaced in the reverse direction (image sensor side) by applying a drive waveform longer in the rising period TR3 than in the falling period TR4 to the piezo element 42.
  • the driving waveform may satisfy the following relational expression, where T1 is a rising period of the rising signal and T2 is a falling period of the falling signal. This point is clear from the following description. Min (T1, T2) / (T1 + T2) ⁇ 0.1
  • the drive voltage generation circuit 81 includes a switching signal generation circuit (pulse signal generation circuit) 85, switches SW1 to SW4, current sources CS1 and CS2, and a power supply PS.
  • the output of the controller 80 is connected to the switching signal generation circuit 85.
  • the switch SW1, the current source CS1, and the switch SW2 are connected in series between the power supply PS and the ground potential GND.
  • the switch SW3, the current source CS2, and the switch SW4 are connected in series between the power supply PS and the ground potential GND.
  • a node between the current source CS1 and the switch SW2 is connected to a node between the switch SW3 and the current source CS2.
  • the node between the current source CS1 and the switch SW2 and the node between the switch SW3 and the current source CS2 are connected to one end of the piezo element PZ.
  • the other end of the piezo element PZ is connected to the switch SW2, the switch SW4, and the ground potential GND.
  • the switches SW1 to SW4 are switching elements such as MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors.
  • the operating states of the switches SW1 to SW4 are controlled by the switching signal generation circuit 85 as shown in FIG.
  • the switching signal generation circuit 85 has terminals T1 to T4.
  • the operating states of the switches SW1 to SW4 are determined by the switching signals VS1 to VS4 outputted from the respective terminals T1 to T4. For example, when the switching signal is at high level, the switches SW1 to SW4 are turned on. When the switching signal is at low level, the switches SW1 to SW4 are turned off.
  • the piezo element PZ In the first state shown in FIG. 23, the piezo element PZ is rapidly charged by the current source CS1. In the second state, the piezo element PZ discharges slowly. In the third state, the piezo element PZ is slowly charged by the current sources CS1 and CS2. In the fourth state, the piezo element PZ discharges rapidly.
  • the lens holder 31 By repeatedly switching between the first state and the second state, the lens holder 31 is displaced to one side in the forward direction (object side).
  • the lens holder 31 By repeatedly switching between the third state and the fourth state, the lens holder 31 is displaced in the reverse direction (the imaging device side).
  • the switching signal VS1 from the terminal T1 of the switching signal generation circuit 85 is supplied to the switch SW1, and the switching signal VS2 from the terminal T2 is supplied to the switch SW2.
  • the drive voltage VW1 is applied to the piezo element PZ.
  • the lens holder 31 is displaced in the forward direction.
  • the displacement of the lens holder 31 is schematically shown by arrows. That is, the lens holder 31 is displaced between time t1 and time t2, and is not displaced between time t2 and time t3. The same applies to the other periods.
  • the switching signal VS1 and the switching signal VS2 are in an inverted relationship with each other. Since one switching signal may be generated by inverting the other switching signal, the circuit configuration of the switching signal generation circuit can be simplified.
  • the time interval between time t1 and time t2 is sufficiently shorter than the time interval between time t2 and time t3. This point is apparent from the description of the duty ratio described later.
  • the lens holder 31 is displaced at a timing corresponding to the supply timing of the switching pulse SP included in the switching signals VS1 and VS2.
  • the expansion and contraction of the piezoelectric element 42 and the displacement of the lens holder 31 are associated with each other.
  • the drive voltage VW1 rises sharply between time t20 (corresponding to time t1 in FIG. 24) and time t21 (corresponding to time t2 in FIG. 24).
  • the piezo element PZ expands in response to the rise of the drive voltage VW1.
  • the lens holder 31 is displaced in the direction away from the shaft holding portion 45 according to the expansion of the piezoelectric element PZ.
  • the lens holder 31 is displaced with respect to the shaft holding portion 45 when the piezoelectric element 42 is rapidly expanded.
  • the piezoelectric element 42 contracts slowly, the lens holder 31 is not displaced with respect to the shaft holding portion 45.
  • the piezoelectric element 42 should be expanded in a short time by narrowing the pulse width of the switching pulse SP. If it is necessary to secure the discharge time of the current accumulated in the piezo element 42, it can be considered that the duty ratio of the switching signal should be set small.
  • the lens holder 31 can be efficiently It can be considered that it can be displaced. By displacing the lens holder 31 more efficiently, it is possible to displace the lens holder 31 at a higher speed.
  • the duty ratio of the switching signal is in the range of 4% to 40%.
  • the test result it is evaluated by three steps of ⁇ ⁇ .
  • the characteristics of the actuator improve in the order of ⁇ > ⁇ > ⁇ .
  • the actuator operates without problems at a high speed of 1 mm / s or more.
  • the operating characteristics of the actuator are degraded compared to the case of ⁇ .
  • the actuator when the duty ratio D of the switching signal is 25%, the actuator is normally operated under the condition that an appropriate frequency is selected. Can. As compared with the case where the duty ratio D exceeds 30%, the waveform of the drive voltage becomes sharp, and the lens holder 31 can be efficiently displaced.
  • the duty ratio D of the switching signal may be 20%.
  • the selectable frequency band can be expanded.
  • the expansion of selectable frequency bands improves design freedom.
  • the duty ratio D of the switching signal may be 15%.
  • the duty ratio D of the switching signal may be 10% or less.
  • the duty ratio D of the switching signal may be 8% or less.
  • the selectable frequency band can be further expanded, and the same effect as described above can be obtained. In this test, normal operation could be confirmed up to about 300 kHz.
  • the duty ratio D of the switching signal may be 6% or less.
  • the selectable frequency band can be further expanded, and the same effect as described above can be obtained.
  • the result shown in FIG. 27 is based on the displacement of the lens holder 31 in the forward direction.
  • the selectable frequency band can be significantly expanded. it can.
  • the expansion of selectable frequency bands improves design freedom.
  • the switching signals VS1 and VS2 are set in the high frequency band, the lens holder 31 can be displaced at a higher speed than in the prior art. This can improve the operating characteristics of the actuator.
  • the drive voltage VW1 is generated based on a switching signal having a duty ratio of 10% (D ⁇ 10%) or less, and the piezo element PZ is driven by the drive voltage VW1.
  • the lens holder 31 can be displaced at high speed and efficiently, and the applicable frequency band can be expanded.
  • D2 corresponds to the pulse width of the switching pulse SP.
  • D1 corresponds to the period of the switching pulse SP.
  • the lens holder 31, the piezoelectric element 42, and the transmission shaft 44 are movable with respect to the housing 20.
  • the lens holder 31, the piezoelectric element 42, and the transmission shaft 44 are used as the movable portion.
  • the resonance frequency can be shifted to the high frequency side, and a continuous usable frequency band can be obtained.
  • a continuous usable frequency band can be further obtained by setting the switching signal to an appropriate duty ratio.
  • the slip between the transmission shaft 44 and the shaft holding portion 45 at the time of displacement operation is reduced by sharpening the rising degree or falling degree of the steep rising signal or the steep falling signal in which the lens holder 31 is displaced. , High efficiency operation can be obtained.
  • the lens can be displaced at high speed by shifting the frequency of the switching signal to the high frequency side.
  • the selectable frequency band is narrow, it may be difficult to displace the lens holder 31 due to the operating frequency falling out of the selected frequency band due to variations in the characteristics of the piezoelectric element alone, changes in the operating environment of the actuator, etc. There is. On the other hand, in the present embodiment, the selectable frequency band itself is expanded. Therefore, it can be effectively suppressed that the selected frequency is included in the resonance frequency band due to some unexpected cause.
  • FIG. 29 the operation result of the actuator is evaluated as in the case of FIG. Also in the case of the comparative example, the same circuit as that of FIG. 22 is adopted.
  • FIG. 28 shows a camera module according to a comparative example.
  • the movable portion portion enclosed by a broken line
  • the upper end of the transmission shaft 44 is fixed to the lid 50 and can not move with respect to the housing 20.
  • the shaft holding portion 45 is frictionally engaged with the transmission shaft 44.
  • the point at which the piezo element PZ is driven by the sawtooth driving voltage VW1 is the same.
  • the relationship between the waveform of the drive voltage VW1 and the timing at which the lens holder 31 is displaced is different. That is, in the case of this embodiment, the lens holder 31 is displaced when the waveform of the drive voltage VW1 changes in a short time, but in the case of the comparative example, the lens holder 31 changes when the waveform of the drive voltage VW1 changes slowly. Displace. Therefore, in the case of the comparative example, it is required to sufficiently secure a period in which the waveform of the drive voltage VW1 changes slowly. In this case, it is not meaningful to set the duty ratio of the switching signal small. In the case of the comparative example, when the waveform of the drive voltage VW1 changes sharply, the lens holder 31 is not substantially displaced.
  • the selection range of the duty ratio of the switching signal is narrow.
  • the selection range of the switching signal frequency is narrow.
  • the selectable frequency band is narrow because, in the case of the comparative example, the transmission shaft 44 is connected to the lid 50 and a system including the housing 20 causes resonance.
  • the frequency band of the switching signal can be expanded under the condition in which the switching signal is set to a desired duty ratio, as compared with the case of the comparative example. This is because, in the case of the present embodiment, the resonance frequency is shifted to the high frequency side.
  • the switching signal can be set to a higher frequency as compared with the comparative example. By this, the lens holder 31 can be displaced at a higher speed.
  • the selectable frequency band is narrow, it is difficult to displace the lens holder 31 due to the operating frequency falling out of the selected frequency band due to variations in the characteristics of the piezoelectric element alone, changes in the operating environment of the actuator, etc. May be On the other hand, in the present embodiment, the selectable frequency band itself is expanded. Therefore, it can be effectively suppressed that the selected frequency is included in the resonance frequency band due to some unexpected cause.
  • the resonant frequency depends on the shape of the case, the weight, and the adhesion between the piezoelectric element and the case.
  • the resonant frequency may be different for each product in which the driving device is incorporated. In the band where the resonance frequency is present, it may be difficult to control the actuator accurately. In other words, the determination of whether the actuator functions properly must wait for the actuator to be incorporated into the product. An error in setting of the switching signal frequency may lower the yield of the product. In the present embodiment, the occurrence of such a problem can also be effectively suppressed.
  • the spring 45 q forms an angle of 90 degrees with respect to the arrangement direction of the transmission shaft 44 (the direction along the axis Lx1) as viewed from the lens holder 31 (along the axis Lx2).
  • the pressing plate 45p is biased from the direction).
  • the spring 450 q biases the pressing plate 450 p in a direction substantially parallel to a center line connecting the center of the lens holder 31 and the center of the transmission shaft 44 when viewed from above.
  • the lens unit 30 is attached to the housing 20 (200) via the link member 45 (450).
  • the spring 45 q (450 q) is accommodated in the link member 45 (450).
  • the presser plate 45p (450p) and the spring 45q (450q) are accommodated in the link body 45h (450h), and these are confined from behind by the presser plate 45r (450r).
  • the transmission shaft 44 inserted into the opening of the link main body 45h (450h) is held between the link main body 45h (450h) and the pressing plate 45p (450p).
  • the link main body 45 h (450 h) and the pressing plate 45 p (450 p) frictionally engage with the transmission shaft 44.
  • the link member 45 (450) can be frictionally engaged with the transmission shaft 44 without increasing the size of the drive device.
  • the lens holder 31, the piezoelectric element 42, and the transmission shaft 44 are displaced together as viewed from the housing 20 (200) according to the drive of the piezoelectric element 42.
  • the lens unit 30 is attached to the housing 20 (200) by fitting the link member 45 (450) frictionally engaged with the transmission shaft 44 into the housing 20 (200). This can simplify the assembly of the camera module 150. Further, commercialization can be realized in units of lens units 30.
  • both can be positioned and fixed with high accuracy. Therefore, the accuracy of the attachment of the transmission shaft 44 to the lens holder 31 can be enhanced more than before.
  • the piezo element 42 when the camera module 150 is assembled, the piezo element 42 is supported by the transmission shaft 44, and is suspended in the upper space of the housing 20 (200). In other words, the piezo element 42 is not in direct contact with the housing 20 (200). As a result, the structure for fixing the piezo element 42 can be omitted, and the camera module 150 can be miniaturized. Further, the process for fixing the piezoelectric element 42 (the process of bonding to the housing, the process of arranging the weight on the transmission shaft, and the like) can be omitted.
  • the piezoelectric element 42 functioning as a vibration source is mechanically fixed to another member (such as a housing), and the transmission shaft 44 is made free. It is considered necessary. According to the study of the present inventors, it has become clear that the function of the actuator is not hindered even if it is considered that the piezo element 42 is fixed in space by the weight of the piezo element 42 itself. Therefore, even if the piezoelectric element 42 is suspended, displacement of the lens holder 31 is not hindered.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope of the present invention.
  • the specific configuration of the biasing means is optional.
  • the connection method between the piezoelectric element and the transmission axis is optional, and other members may be disposed between them.
  • the biasing means may bias the transmission shaft indirectly via another member, as well as directly biasing the transmission shaft.
  • the drive device, the lens component, and the camera module of the present invention are used, for example, in an imaging device such as a camera.

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Abstract

 駆動装置の大型化を伴うことなく、適当な力で駆動軸と駆動軸を保持する部分間を係合させることができる、駆動装置を提供する。駆動装置は、ピエゾ素子に伝達軸(44)が連結した連結体と、レンズを保持すると共に、連結体が固設されたレンズホルダ(31)と、レンズホルダ(31)からみた伝達軸(44)の配置方向に交差する方向(但し、伝達軸(44)の長手方向を除く)へ伝達軸(44)を付勢する付勢手段と、付勢手段と共に伝達軸(44)を摺動可能な状態で保持するリンク部材(45)(リンク本体(45h))と、を備える。

Description

駆動装置、レンズ部品、及びカメラモジュール
 本発明は、駆動装置、レンズ部品、及びカメラモジュールに関する。
 近年、カメラ等の撮像装置は多種多様な製品に組み込まれている。携帯電話、ノートパソコン等といった小型な電子機器にカメラを実装する場合、カメラ自体の小型化も強く要求される。
 カメラ内にはオートフォーカスレンズが組み込まれる場合がある。この場合、レンズを変位させるアクチュエータの小型化が強く望まれている。小型なアクチュエータとしては、圧電素子を駆動することで移動対象物を変位させるものが知られている(特許文献1参照)。特許文献1では、板ばねでピエゾ素子を付勢して、ピエゾ素子と軸部材とを互いに係合させる方式が開示されている。
 ちなみに、特許文献2には、所定の条件で圧電素子の共振周波数に対して所定の関係を有する駆動電圧を印加する技術が開示されている。
特開2006-178490号公報 特開2001-268951号公報
 ピエゾ素子を活用したアクチュエータでは、ピエゾ素子に連結される駆動軸を摺動可能な状態で保持する必要がある。移動対象物のスムーズな変位を実現するためには、駆動軸と駆動軸を保持する部分間を適当な力で係合させる必要がある。この場合にも、ピエゾ素子を活用したアクチュエータに求められる小型化の要請を満足する必要がある。
 上述の説明から明らかなように、駆動装置の大型化を伴うことなく、適当な力で駆動軸と駆動軸を保持する部分間を係合させることが強く望まれている。
 本発明に係る駆動装置は、圧電素子に駆動軸が連結した連結体と、前記連結体が固設された移動対象物と、前記移動対象物からみた前記駆動軸の配置方向に略交差する方向(但し、前記駆動軸の長手方向を除く)へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、を備える。
 本発明に係る駆動装置は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記連結体が固設された移動対象物と、上面視した際に前記移動対象物の中心と前記駆動軸の中心を結んだ中心線と略平行方向へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、を備える。
 前記付勢手段は、前記駆動軸から離間する方向に沿って、少なくとも第1板状部材、及び弾性体をこの順で備えること、が好ましい。
 前記付勢手段は、前記弾性体よりも前記駆動軸から離れた位置に第2板状部材を更に備え、前記駆動軸の長手方向に交差する方向に沿う前記第2板状部材の幅は、前記駆動軸の長手方向に交差する方向に沿う前記第1板状部材の幅よりも狭いこと、が好ましい。
 前記軸保持部は、少なくとも部分的に前記付勢手段を収納すること、が好ましい。
 前記移動対象物からみた前記駆動軸の配置方向と前記付勢手段による前記駆動軸の付勢方向とがなす角度は、45度~135度の範囲にあること、が好ましい。
 前記移動対象物からみた前記駆動軸の配置方向と前記付勢手段による前記駆動軸の付勢方向とは実質的に直交関係にあること、が好ましい。
 上面視した際に、前記中心線と前記付勢手段による前記駆動軸の付勢方向とがなす角度は、170度~190度の範囲にあること、が好ましい。
 上面視した際に、前記中心線と前記付勢手段による前記駆動軸の付勢方向とがなす角度は、175度~185度の範囲にあること、が好ましい。
 前記移動対象物を少なくとも部分的に外囲する外囲器を更に備え、前記軸保持部は、前記移動対象物と前記外囲器との間に配置されていること、が好ましい。
 前記外囲器の上面視形状は、多角形状であり、前記軸保持部は、前記外囲器の角部に配置されていること、が好ましい。
 前記外囲器の上面視形状は略正方形である直方体形状であること、が好ましい。
 前記軸保持部は、上面視形状において前記中心線に交差する方向に沿う幅が、前記外囲器の角部に向かうにつれて狭くなっていること、が好ましい。
 前記軸保持部は、前記移動対象物の外周面に沿った形状を有すること、が好ましい。
 前記外囲器は、前記軸保持部と対向する位置に前記駆動軸と平行に配置された案内軸を有し、前記移動対象物は、前記案内軸に係合する係合部を有すること、が好ましい。
 前記軸保持部は、前記外囲器と一体であること、が好ましい。
 前記軸保持部は、前記外囲器とは別体であること、が好ましい。
 前記軸保持部は、前記第1板状部材と共に前記駆動軸の外周を複数の箇所で当接保持すること、が好ましい。
 前記軸保持部は、金属が成形された部材であること、が好ましい。
 前記軸保持部は、アルミ合金又は亜鉛合金を含むこと、が好ましい。
 前記第1板状部材と前記軸保持部とは、構造的な嵌め合いによって互いに係合していること、が好ましい。
 前記移動対象物は、レンズを保持するレンズホルダであり、前記移動対象物の中心は前記レンズの光軸であること、が好ましい。
 本発明に係るレンズ部品は、圧電素子に駆動軸が連結した連結体と、レンズを保持すると共に、前記連結体が固設されたレンズホルダと、前記レンズホルダからみた前記駆動軸の配置方向に交差する方向(但し、前記駆動軸の長手方向を除く)へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、を備える。
 本発明に係るレンズ部品は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、レンズを保持すると共に、前記連結体が固設されたレンズホルダと、上面視した際に前記移動対象物の中心と前記駆動軸の中心を結んだ中心線と略平行方向へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、を備える。
 本発明に係るカメラモジュールは、圧電素子に駆動軸が連結した連結体と、レンズを保持すると共に、前記連結体が固設されたレンズホルダと、前記レンズホルダからみた前記駆動軸の配置方向に交差する方向(但し、前記駆動軸の長手方向を除く)へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像手段と、を備える。
 本発明に係るカメラモジュールは、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、レンズを保持すると共に、前記連結体が固設されたレンズホルダと、上面視した際に前記移動対象物の中心と前記駆動軸の中心を結んだ中心線と略平行方向へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像手段と、を備える。
 本発明に係る電子機器は、上述のカメラモジュールを備える。
 なお、以下に示す手段で上記の課題を解決しても良い。
 本発明の係る駆動装置は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、デューティー比が10%以下のパルス信号に基づいて、前記圧電素子に対して印加される駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路と、を備える。デューティー比が10%以下のパルス信号に基づいて駆動電圧を生成し、これを圧電素子に印加する。パルス信号に含まれるパルスのパルス幅を狭めることによって圧電素子を短時間に伸張又は収縮させる。これによって、移動対象物を効率的に変位させることができる。また、パルス信号の周波数帯域を拡大することができる。なお、移動対象物は、連結体に対して固設しておくと良い。
 前記駆動電圧生成回路は、前記パルス信号を生成するパルス信号生成回路と、前記パルス信号生成回路の出力に応じて動作状態が決定付けられる複数のスイッチング素子と、を備える、と良い。
 前記パルス信号生成回路は、互いに反転した関係にある複数の前記パルス信号を生成する、と良い。
 複数の前記スイッチング素子は、対応する前記パルス信号に応じて相補的に動作する、と良い。
 前記圧電素子の駆動に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する移動対象物を更に備える、と良い。
 本発明に係るカメラモジュールは、上述の駆動装置と、前記連結体に対して直接的又は間接的に取り付けられたレンズと、前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像素子と、を備える。
 本発明に係るレンズ部品は、上述の駆動装置と、前記連結体に対して直接的又は間接的に取り付けられたレンズと、を備える。
 本発明に係る駆動装置の制御方法は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、を備える駆動装置の制御方法であって、デューティー比が10%以下のパルス信号に基づいて駆動電圧を生成し、生成した前記駆動電圧を前記圧電素子に対して印加する。
 本発明に係る駆動装置は、デューティー比が25%以下のパルス信号に基づいて生成された駆動電圧に応じて伸縮する圧電素子と、前記圧電素子が直接的又は間接的に連結した駆動軸と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記駆動電圧の電圧値が相対的に短時間に第1電圧レベルと第2電圧レベル間を変化する第1期間に前記固定側部材に対して前記圧電素子及び前記駆動軸と共に変位すると共に、前記駆動電圧の電圧値が相対的に長い時間をかけて前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベル間を変化する第2期間に前記固定側部材に対して実質的に変位しない移動対象物と、を備える。
 また、以下に示す手段で上記の課題を解決しても良い。
 本発明の係るレンズ駆動装置は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記圧電素子に対する駆動電圧の印加に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する被駆動部材と、を備え、前記被駆動部材は、前記駆動電圧の電圧値が相対的に短時間に第1電圧レベルと第2電圧レベル間を変化する第1期間に前記固定側部材に対して変位し、前記駆動電圧の電圧値が相対的に長い時間をかけて前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベル間を変化する第2期間に前記固定側部材に対して実質的に変位しない。従来とは異なる新たなタイプの駆動装置を提供することができる。
 前記固定側部材は、前記被駆動部材を少なくとも部分的に外囲する外囲器である、と良い。
 前記被駆動部材と前記外囲器とは、前記駆動軸に対して摺動可能に係合する係合部を少なくとも介して互いに連結している、と良い。
 前記駆動電圧は、デューティー比が10%以下のパルス信号に基づいて生成される、と良い。
 前記被駆動部材は、レンズ保持体である、と良い。
 本発明に係るカメラモジュールは、上述の駆動装置と、前記レンズ保持体が保持するレンズを介して入力する像を撮像する撮像素子と、を備える。
 本発明に係る駆動装置は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記圧電素子に対する駆動電圧の印加に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する被駆動部材と、を備え、前記被駆動部材は、前記圧電素子を相対的に短い時間で伸縮させたとき前記固定側部材に対して変位し、前記圧電素子を相対的に長い時間で伸縮させたとき前記固定側部材に対して実質的に変位しない。
 本発明に係る駆動装置の制御方法は、圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、前記駆動軸の長手方向に沿って摺動可能な状態で直接的又は間接的に前記駆動軸が係合した固定側部材と、前記圧電素子に対する駆動電圧の印加に応じて前記固定側部材に対して前記連結体と共に変位する被駆動部材と、を備える駆動装置の制御方法であって、相対的に短時間に第1電圧レベルと第2電圧レベル間で前記駆動電圧の電圧値を変化させることで前記固定側部材に対して前記被駆動部材を変位させ、相対的に長い時間をかけて前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベル間で前記駆動電圧の電圧値を変化させることで前記固定側部材に対して前記被駆動部材を実質的に変位させない。
 本発明によれば、駆動装置の大型化を伴うことなく、適当な力で駆動軸と駆動軸を保持する部分間を係合させることができる。
本発明の第1実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な斜視図である。 本発明の第1実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な部分分解斜視図である。 本発明の第1実施形態にかかるレンズユニットの概略的な斜視図である。 本発明の第1実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な上面図である。 本発明の第1実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な断面図である。 本発明の第1実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な断面図である。 本発明の第1実施形態にかかるレンズユニットの概略的な側面図である。 本発明の第1実施形態にかかるレンズユニットの概略的な断面図である。 本発明の第1実施形態にかかるリンク部材の概略的な分解斜視図である。 本発明の第1実施形態にかかるリンク部材の概略的な背面図である。 本発明の第1実施形態にかかるリンク部材の概略的な上面図である。 本発明の第1実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な部分上面図である。 本発明の第1実施形態にかかる異なるレンズユニットの概略的な断面図である。 本発明の第1実施形態にかかる異なるリンク部材の概略的な分解斜視図である。 本発明の第1実施形態にかかる異なるリンク部材の概略的な背面図である。 本発明の第1実施形態にかかる異なるリンク部材の概略的な上面図である。 本発明の第1実施形態にかかる異なるカメラモジュールの概略的な部分上面図である。 本発明の第1実施形態にかかる携帯電話の概略的な模式図である。 本発明の第1実施形態にかかる携帯電話の概略的な模式図である。 本発明の第1実施形態にかかる駆動装置の概略的なブロック図である。 本発明の第1実施形態にかかる駆動波形の印加方法を示す概略的なタイミングチャートである。 本発明の第1実施形態にかかる駆動波形の印加方法を示す概略的なタイミングチャートである。 本発明の第1実施形態にかかる駆動電圧生成回路の概略的な回路図である。 本発明の第1実施形態にかかる駆動電圧生成回路の動作を説明するための表である。 本発明の第1実施形態にかかる信号波形とレンズの移動状態との関係を示す概略的なタイミングチャートである。 本発明の第1実施形態にかかるピエゾ素子の伸縮とレンズホルダの変位との関係を示す概略的な説明図である。 本発明の第1実施形態にかかるスイッチング信号のデューティー比の調整がレンズホルダの変位に与える影響を説明するための説明図である。 本発明の第1実施形態にかかるスイッチング信号のデューティー比の調整がレンズホルダの変位に与える影響を説明するための説明図である。 本発明の第1実施形態にかかるアクチュエータの動作状態を評価した結果を示す表である。 本発明の第1実施形態の比較例に係るカメラモジュールを示す概略図である。 本発明の第1実施形態の比較例に係るアクチュエータの動作状態を評価した結果を示す表である。 アクチュエータのタイプ毎のレンズ移動特性を示す概略図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、各実施形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。
 〔第1実施形態〕
 以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。はじめに図1乃至図6を参照して説明する。図1及び図2に、カメラモジュール150の斜視図を示す。図3に、レンズユニット30の斜視図を示す。図4に、カメラモジュール150の上面図を示す。図5に、図4のV-V間の概略的な断面図を示す。図6に、図4のVI-VI間の概略的な断面図を示す。
 図1乃至図3に示すように、カメラモジュール(カメラ部品)150は、配線基板10、コネクタ11、透明基板13、筐体(外囲器)20、レンズユニット(レンズ部品)30、及び蓋50を有する。図5及び図6に示すように、カメラモジュール150は、撮像素子(撮像手段)12を更に備える。
 図1及び図2に示すように、配線基板10の一端にはコネクタ11が配置されている。配線基板10の他端には、透明基板13に対して撮像素子12が貼り合わされた撮像モジュールが配置されている。撮像素子12上には、透明基板13、筐体20、レンズユニット30、及び蓋50が、この順で配置される。筐体20は、移動対象物であるレンズユニット30(又は後述のレンズL1~L3)からみて移動しない状態(固定状態)にある固定側部材として機能する。
 配線基板10は、可撓性を有するシート状の配線基板である。配線基板10は、撮像素子12に入力する制御信号、及び撮像素子12から出力されるビデオ信号の伝送路として機能する。また、配線基板10は、ピエゾ素子42に入力する駆動電圧の伝送路として機能する。
 コネクタ11は、カメラモジュール150を本体機器に電気的及び機械的に固定するための接続部分を形成する。
 撮像素子12は、CCD(Charge Coupled Device)センサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサといった一般的な固体撮像素子である。撮像素子12は、XZ平面にてマトリクス状に配置された複数の画素を有する。各画素で光電変換をすることによって入力像を像データに変換して出力する。
 透明基板13は、入力光に対して実質的に透明な板状部材である。透明基板13の上面視形状は方形である。透明基板13の背面に、撮像素子12がバンプ接続している。
 筐体20は、透明基板13上に配置される。筐体20は、透明基板13を下部空間で収納し、レンズユニット30を上部空間で収納する。筐体20の採用により、カメラ機能のモジュール化を図ることができる。筐体20の内部に外来光が侵入することを抑制するために、筐体20の下端面は、黒色の接着剤を介して配線基板10に固定されている。筐体20は、例えば、黒色の樹脂がモールド成形されて製造される。
 図3に示すように、レンズユニット30は、レンズホルダ(保持体)31、ピエゾ素子(圧電素子)42、伝達軸(駆動軸)44、及びリンク部材(軸保持部)45を有する。図5に示すように、レンズユニット30は、レンズL1~L3を更に有する。
 伝達軸44は、レンズホルダ31に固設されている。リンク部材45は、y軸に沿って摺動可能な状態で伝達軸44に係合している。つまり、リンク部材45は伝達軸44に対して摩擦係合している。レンズホルダ31、ピエゾ素子42、及び伝達軸44は、相対的な位置関係が固定されている。これらは、リンク部材45に対して相対的に移動可能となっている。
 レンズホルダ31は、レンズL1~L3を内部に収納する。レンズユニット30は、ピエゾ素子42の駆動に応じて、y軸(レンズL1~L3の光軸に一致する軸線)に沿って移動可能である(但し、リンク部材45を除く)。撮像素子12の撮像面に対するレンズL1~L3の配置高さを調整することで、意図したように被写体像を撮像素子12の撮像面に結像させることができる。なお、リンク部材45を、筐体20に対してレンズホルダ31を連結させるための連結部材(連結部)と把握することもできる。
 レンズホルダ31の外周には、一端にピエゾ素子42が固着した伝達軸44、及び伝達軸44に摩擦係合したリンク部材45が配置される。なお、ピエゾ素子42及び伝達軸44は、軟硬化性の接着剤による接着によって、互いに連結している。ただし、嵌め合いによって両者を互いに連結させても良い。
 レンズホルダ31の外周面には、y軸方向に所定の間隔をおいて配置された2つの支持板32a、32bが形成されている。支持板32a、32bは、レンズホルダ31の外側に延出する延在部である。支持板32a、32bはレンズホルダ31と一体であることが好ましいが、レンズホルダ31と別体としても良い。
 支持板32a、32bに形成された孔に伝達軸44を嵌め込むことで、伝達軸44はレンズホルダ31に対して固設される。
 支持板32a、32bの間には、伝達軸44に係合したリンク部材45が配置されている。支持板32a、32b、リンク部材45の各部材には、伝達軸44が挿通される孔が形成されている。支持板32a、32b間にリンク部材45を配置した状態で、これらの部材に対して伝達軸44を挿入する。これによって、伝達軸44を介して、レンズホルダ31とリンク部材45が連結される。
 リンク部材45を挟んで支持板32a、32bで伝達軸44を固定支持することで、レンズホルダ31の移動範囲を規制することができる。但し、このような2点支持に限らず、支持板32a又は支持板32bのみで伝達軸44を支持しても良い。なお、レンズホルダ31とピエゾ素子42の上面とを支持板を介して連結しても良い。
 支持板32bは、伝達軸44を固定支持する。支持板32bに形成された孔は、伝達軸44の径よりも僅かに狭い。支持板32bに形成された孔に圧力をかけて伝達軸44を嵌め込むことによって、支持板32bに対して伝達軸44を固定することができる。支持板32aの孔径も、支持板32bと同様である。
 上述の構成を採用することによって、支持板32a、32bで伝達軸44をきつく保持することができる。換言すれば、伝達軸44と支持板32a、32b夫々間の振動伝達度を高くすることができる。このようにして、レンズホルダ31を効率的に変位させることが可能になる。
 圧入以外の方法を採用する場合、接着剤を適切に選定することで上述の場合と同様の効果を得ることができる。例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤を採用すると良い。
 上述のように、レンズホルダ31は、レンズL1~L3を収納する。レンズL1~レンズL3はレンズホルダ31に圧入されており、これらは所定の精度でレンズホルダ31に位置決めされている。なお、圧入以外の方法でレンズをレンズホルダ31に対して固定しても良い。なお、レンズホルダ31の上板部には、開口OP2が形成されている。レンズホルダ31の上板部は、光学的に絞りとして機能する。
 ピエゾ素子42は、セラミックス層(圧電層)が積層された一般的な圧電素子である。ピエゾ素子42の側面には、一対の電極が形成される。例えば、一方の電極を接地させた状態で、他方の電極に駆動電圧を印加することによってピエゾ素子42はY軸方向に伸縮する。
 伝達軸44は、ピエゾ素子42の下面に固定されている。具体的には、伝達軸44の上端面がピエゾ素子42の下面に載置された状態で、伝達軸44はピエゾ素子42に対して接着剤を介して固定されている。なお、接着剤以外の方法で、伝達軸44をピエゾ素子42に対して固定しても構わない。例えば、ピエゾ素子と同じ断面形状を有し、上部に伝達軸が嵌合しうる凹部を有するアタッチメントをピエゾ素子42上に配し、これを介在させて、伝達軸44とピエゾ素子42とを結合するようにしても良い。なお、ピエゾ素子42と伝達軸44を連結させる方法は任意である。伝達軸44の側面に対してピエゾ素子42を当接させて、両者を連結させても良い。
 伝達軸44は、ピエゾ素子42で生じた振動をリンク部材45に伝達する。リンク部材45は筐体20に連結され、位置的に固定されている。伝達軸44は、ピエゾ素子42で生じた振動をリンク部材45を介して筐体20に伝達する。リンク部材45は筐体20に対して固定されているため、ピエゾ素子42で生じた振動によって、ピエゾ素子42、伝達軸44、及びレンズホルダ31がリンク部材45に対して移動する。
 伝達軸44は、軽量でかつ剛性が高いことが望ましい。伝達軸44は、比重2.1以下の材料からなる。より好ましくは、伝達軸44は、比重2.1以下であり、弾性率20GPa以上の材料からなる。更に好ましくは、伝達軸44は、比重2.1以下であり、弾性率30GPa以上の材料からなる。これによって、共振周波数を高周波側へシフトさせることができ、連続した使用可能周波数帯域を得ることができる。
 伝達軸44は、ガラス状炭素、繊維強化樹脂、エポキシ樹脂から成型すると良い。特に黒鉛を含有するガラス状炭素複合材、カーボンを含有する繊維強化樹脂やガラス、カーボンを含有するエポキシ樹脂複合材が特に好ましい。
 リンク部材45の構成については後述する。
 図5及び図6を参照して更に説明する。透明基板13の背面には、配線パターンが予め形成されている。透明基板13と撮像素子12間には、複数の半田バンプ(不図示)が配置される。すなわち、撮像素子12は、透明基板13に対してバンプ実装されている。撮像素子12は、半田バンプを介して透明基板13に対して機械的に固定されると共に、半田バンプを介して透明基板13の配線に電気的に接続される。なお、撮像素子12の受光面は、透明基板13側に配置されている。
 撮像素子12と透明基板13との間の距離(離間距離)は、上述の半田バンプの大きさによって決定される。半田バンプの大きさを適宜制御することで、撮像素子12と透明基板13との位置決めを正確に行うことが可能である。また、複数の半田バンプにより位置決めすることから、撮像素子12と透明基板13との離間距離が平均化される。
 透明基板13は、配線基板10に対してバンプ接続される。つまり、透明基板13は、半田バンプを介して配線基板10に固定されると共に電気的に接続される。なお、透明基板13と配線基板10間の半田バンプによって、撮像素子12と配線基板10間にスペースが確保される。換言すると、透明基板13と配線基板10間の半田バンプは、撮像素子12と配線基板10間に空間を形成するためのスペーサとして機能している。
 図5及び図6に示すように、筐体20の上部空間及び下部空間を隔てる隔壁部22の背面側には、リブ(位置規制部)22a、22bが形成されている。これによって、筐体20を透明基板13上に配置するときに上方から透明基板13を押さえ込み、透明基板13を好適に位置決めすることができる。なお、リブ22a、22bを設けずに直接的に筐体20で上方向から透明基板13の配置位置を規制しても良い。隔壁部22には、上下の空間を光学的に連絡するための開口OP1が形成されている。開口OP1は、光学的な意味での開口であれば足りる。
 透明基板13を好適に位置決めするために、透明基板13の側面に対向するリブ(不図示)を筐体20に形成させても良い。これによって、筐体20を透明基板13上に配置するときに、好適に横方向から透明基板13の配置位置を規制することができ、透明基板13を好適に位置決めすることができる。なお、このようなリブを設けずに直接的に筐体20で横方向から透明基板13の配置位置を規制しても良い。
 図5及び図6に示すように、配線基板10の下には、補強板15が配置されている。補強板15は、ポリイミド等の樹脂材料からなる。補強板15は、黒色である。補強板15を配置することで、カメラモジュール150の内部に外来光が入射することを好適に抑制することができる。また、ここでは、外来光の悪影響を更に抑制するため、黒色の配線基板10を採用している。
 蓋50は、筐体20に対して取り付けられる。これによって、筐体20の上部空間に配置されたレンズユニット30を筐体20内に閉じ込めることができる。
 好適には、蓋50は、ネジによって筐体20に取り付けられる。蓋50を筐体20に対して接着固定するのではなく、ネジで固定することによって、筐体20に対する蓋50の着脱が可能になる。これによって、動作テストで不良と判定されたカメラモジュール150の不良原因をテスト後に取り除くこと等が可能になる。例えば、撮像素子12の撮像面上に入り込んだゴミを動作テスト後に取り除くことでカメラモジュールの歩留まりを向上させることができる。なお、蓋50は、例えば、樹脂がモールド成形されて製造される。
 次、図7乃至図12を参照して更に説明する。図7にレンズユニット30の側面図を示す。図8に、図7のXIII-XIII間の概略的な断面図を示す。図9に、リンク部材45の分解斜視図を示す。図10に、リンク部材45の背面図を示す。図11に、リンク部材45の上面図を示す。図12に、筐体20へのリンク部材45の取り付け態様を模式的に示す。
 図8乃至図11に示すように、リンク部材45は、リンク本体45h、押え板(第1板状部材)45p、ばね(弾性体)45q、及び押え板(第2板状部材)45rを有する。伝達軸44から離間する方向に、押え板45p、ばね45q、押え板45rがこの順で配置される。なお、付勢手段は、少なくともばね45qを含んで形成される。
 ばね45qは、一般的なコイルバネである。ばね45qの径は、押え板45pの径と略同一又は若干小さい。ばね45qの具体的な構成は任意である。他の種類の弾性体(板ばね、樹脂製ゴム等)を利用しても良い。リンク本体45hは、樹脂が金型で成形されて製造される。例えば、押え板45p、45rは、金属板又は樹脂板のプレス成型によって製造される。
 押え板45pの軸線Lx1に沿う幅は、押え板45rの軸線Lx1に沿う幅よりも狭い。これによって、筐体20の内側面に対してより近い位置にばね45qを配置することが可能となり、カメラモジュール150の小型化を図ることができる。
 本実施形態では、ばね45qは、レンズホルダ31から見た伝達軸44の配置方向(軸線Lx1に沿う方向)に対して90度を成す方向(軸線Lx2に沿う方向)へ押え板45pを付勢する。これによって、リンク部材45の配置スペースを効果的に小さくすることができ、カメラモジュール150の小型化を図ることができる。なお、軸線Lx1と軸線Lx2とが成す角度は90度には限られない。軸線Lx1と軸線Lx2とが成す角度を、45~135度としても良い。
 図9に示すように、リンク本体45hに形成された空間内に、押え板45p、ばね45q、及び押え板45rが順に押し込まれる。リンク本体45hに形成された開口部45h7に、押え板45p及びばね45qが収納される。リンク本体45hに形成された開口部45h8に、押え板45rが収納される。図10に示す状態で、押え板45rは、リンク本体45hに対して接着固定される。
 本実施形態によれば、簡単にリンク本体45hを組み立てることができる。また、適切なばね45qの採用によって、伝達軸44に対する付勢力を決定することができる。板ばねを使用する場合と比較して、製造される製品間で伝達軸44に対する付勢力がばらつくことを効果的に抑制することができる。
 図9に示すように、押え板45pは、左端部45p3、胴部45p4、及び右端部45p5を有する板状部材である。左端部45p3と右端部45p5とによって、リンク本体45hの開口部45h7に収納された押え板45pの上下(y軸方向)の変位が規制される。左端部45p3と右端部45p5は、胴部45p4よりもy軸に沿う幅が狭い。これによって、リンク本体45hのy軸に沿う幅が大きくなることを抑制することができる。リンク本体45hの高さ(y軸に沿う幅)を抑えることによって、レンズユニット30の移動範囲を十分に確保することができる。なお、押え板45pは、好ましくは、金属材料からなる、と良い。例えば、亜鉛合金、アルミ合金等の金属材料で、押え板45pを形成すると良い。これによって、伝達軸44と押え板45p間の摩擦により、押え板45pから磨耗粉が生じることを効果的に抑制できる。
 図11に示すように、リンク本体45hは、輪状部(軸保持部)45h1、及び収納部45h2を有する。輪状部45h1は、伝達軸44が挿通される開口を有し、この開口に挿通された伝達軸44を囲む輪状部分である。収納部45h2は、輪状部45h1に連結した残りの部分である。
 輪状部45h1の内側面には、伝達軸44に向かって突出する突出部45h3、45h4が形成されている。各突出部45h3、45h4は、輪状部45h1の内側面を部分的に平坦化することによって形成される。突出部45h3、45h4は金属であると良い。突出部45h3、45h4が樹脂の場合、伝達軸44との摩擦により磨耗粉が発生する場合がある。そのため、樹脂による金属板のインサート成形が考えられるが、寸法精度の悪化と金型費、成形費のコストアップが懸念される。ここでは、伏在な形状であることを克服し、亜鉛合金で成形している。なお、亜鉛合金に限らず、アルミ合金、その他の金属材料で、突出部45h3、45h4(リンク本体45h)を成形しても良い。
 図11に示すように、伝達軸44は、リンク本体45hと押え板45pとの間で、押え板45p、突出部45h3、及び突出部45h4により3点で当接保持される。なお、3点の当接点は、ほぼ等しい間隔にあり、120度だけ順にずらして配置されている。
 図11に示すように、リンク本体45hには、レンズホルダ31の外周面に応じた曲面45h2aが形成されている。これによって、リンク本体45hの大きさをある程度確保しつつ、レンズホルダ31を筐体20に対してより近接して配置することができる。リンク本体45hには、伝達軸44から離間する方向に延在するテール部45h2bを有する。テール部45h2bと筐体20間の嵌め合いによって、リンク本体45hは筐体20に対して固定される。
 なお、図11に示すとき、リンク部材45は、筐体20に対して取り付けられた状態にある。ばね45qは、押え板45rによってリンク本体45hの空間内に閉じ込められ、押え板45pを伝達軸44側へ付勢する。押え板45pは、ばね45qによって伝達軸44側へ付勢される。伝達軸44は、押え板45pによって押圧され、突出部45h3、45h4に当接する。
 本実施形態では、押え板45p及びばね45qをリンク本体45h内に収納し、これらを後方から押え板45rで閉じ込める。これによって、リンク本体45hの開口に挿通された伝達軸44は、リンク本体45hと押え板45pとの間に挟持された状態になる。換言すると、伝達軸44に対してリンク本体45h及び押え板45pが摩擦係合した状態になる。このようにして、駆動装置の大型化を伴うことなく、伝達軸44とリンク部材45とを摩擦係合した状態にすることができる。リンク部材45と伝達軸44とは3箇所で当接している。これによって伝達軸44を安定して保持することができる。
 図12に示すように、リンク部材45は、筐体20に対して取り付けられる。筐体20の内側面には、突起26a、26bが形成されている。上述のテール部45h2bは、突起26a、26b間に嵌め込まれる。これにより、リンク部材45は筐体20の角部に配置される。嵌め合いによって筐体20に対してリンク部材45を固定することで、筐体20に対してリンク部材45を強固に固定することができる。なお、通常の熱硬化性又はエネルギー線硬化性の接着剤を用いて、筐体20に対してリンク部材45を固定しても良い。
 筐体20の側壁は、部分的に除去されている。リンク本体45hを筐体20に配置することによって、リンク本体45hの外側面が筐体20の外側面と面一となる。このような構成を採用することによって、レンズホルダ31をより筐体20に近い位置に配置することができる。これによって、カメラモジュール150の小型化を効果的に図ることができる。なお、図12から明らかなように、筐体20の側壁部に形成された開口の幅(x軸に沿う幅)よりも、筐体20の外側面に面一となるリンク本体45hの部分の幅(x軸に沿う幅)は広い。これによって、筐体20の側壁部に開口を形成した場合であっても、外部から異物が筐体20内に入り込むことを効果的に抑制することができる。
 なお、上述の構成では、ばね45qが、レンズホルダ31から見た伝達軸44の配置方向(軸線Lx1に沿う方向)に対して90度を成す方向(軸線Lx2に沿う方向)へ押え板45pを付勢しているが、この限りでない。
 すなわち、ばね450qは、図13に示すように、上面視した際に、レンズホルダ31の中心、即ち光軸から見た伝達軸44の中心の方向へ向かうライン(軸線Lx1)上で押え板450pを付勢する構成でも良い。詳細には、押え板450pの付勢方向が軸線Lx1上にある。これによって、リンク部材450の配置スペースを効果的に小さくすることができ、カメラモジュール150の小型化を図ることができる。なお、押え板450pの付勢方向が軸線Lx1上にあるが、押え板450pの付勢方向が軸線Lx1と平行であればよい。
 また、軸線Lx1と押え板450pの付勢方向の成す角度は180度には限られない。軸線Lx1と押え板450pの付勢方向とが成す角度を、170度から190度の範囲にあれば小型化の目的は十分達せられ、175度~185度であることがより好ましい。
 図14に示すように、リンク本体450hに形成された空間内に、押え板(第1板状部材)450p、ばね(弾性体)450q、及び押え板(第2板状部材)450rが順に押し込まれる。リンク本体450hに形成された開口部450h7に、押え板450p及びばね450qが収納される。リンク本体450hに形成された開口部450h8に、押え板450rが収納される。図15に示す状態で、押え板450rは、リンク本体450hに対して接着固定される。
 このように、ばね450qがレンズホルダ31の中心から伝達軸44の中心の方向へ向かうライン(軸線Lx1)と略平行方向に押え板450pを付勢する構成であっても、簡単にリンク本体450hを組み立てることができる。
 図14に示すように、押え板450pは、左端部450p3、胴部450p4、及び右端部450p5から成る板状部材の中心に突起部450sを有する部材である。左端部450p3と右端部450p5とによって、リンク本体450hの開口部450h7に収納された押え板450pの上下(y軸方向)の変位が規制される。左端部450p3と右端部450p5は、胴部450p4よりもy軸に沿う幅が狭い。これによって、リンク本体450hの伝達軸44を保持する部分である輪状部450h1のy軸に沿う幅が大きくなることを抑制することができる。輪状部450h1の厚み(y軸に沿う幅)を抑えることによって、レンズユニット30の移動範囲を十分に確保することができる。突起部450sは円柱形状を有し、その外周部にバネ450qが挿入されている。突起部450sはリンク本体450hに押え板450pを挿入する際、挿入を容易にするための補助ツマミとなると同時に、バネ450qの動きを規制する。リンク本体450hの高さ(y軸に沿う幅)を抑えることによって、レンズユニット30の移動範囲を十分に確保することができる。なお、押え板450pは、好ましくは、金属材料からなる、と良い。例えば、亜鉛合金、アルミ合金等の金属材料で、押え板450pを形成すると良い。これによって、伝達軸44と押え板450p間の摩擦により、押え板450pから磨耗粉が生じることを効果的に抑制できる。
 図16に示すように、リンク本体450hは、輪状部(軸保持部)450h1、及び収納部450h2を有する。輪状部450h1は、伝達軸44が挿通される開口を有し、この開口に挿通された伝達軸44を囲む輪状部分である。収納部450h2は、輪状部450h1に連結した残りの部分である。
 輪状部450h1の内側面には、伝達軸44に向かって突出する突出部450h3、450h4が形成されている。各突出部450h3、450h4は、輪状部450h1の内側面を部分的に平坦化することによって形成される。突出部450h3、450h4は金属であると良い。突出部450h3、450h4が樹脂の場合、伝達軸44との摩擦により磨耗粉が発生する場合がある。そのため、樹脂による金属板のインサート成形が考えられるが、寸法精度の悪化と金型費、成形費のコストアップが懸念される。ここでは、伏在な形状であることを克服し、亜鉛合金で成形している。なお、亜鉛合金に限らず、アルミ合金、その他の金属材料で、突出部450h3、450h4(リンク本体450h)を成形しても良い。
 図16に示すように、伝達軸44は、リンク本体450hと押え板450pとの間で、押え板450p、突出部450h3、及び突出部450h4により3点で当接保持される。なお、3点の当接点は、ほぼ等しい間隔にあり、120度だけ順にずらして配置されている。
 図16に示すように、リンク本体450hには、テール部450h2a、450h2bを有する。テール部450h2a、450h2bと筐体20間の嵌め合いによって、リンク本体450hは筐体200に対して固定される。
 なお、図16に示すとき、リンク部材450は、筐体200に対して取り付けられた状態にある。ばね450qは、押え板450rによってリンク本体450hの空間内に閉じ込められ、押え板450pを伝達軸44側へ付勢する。押え板450pは、ばね450qによって伝達軸44側へ付勢される。伝達軸44は、押え板450pによって押圧され、突出部450h3、450h4に当接する。
 すなわち、押え板450p及びばね450qをリンク本体450h内に収納し、これらを後方から押え板450rで閉じ込める。これによって、リンク本体450hの開口に挿通された伝達軸44は、リンク本体450hと押え板450pとの間に挟持された状態になる。換言すると、伝達軸44に対してリンク本体450h及び押え板450pが摩擦係合した状態になる。このようにして、駆動装置の大型化を伴うことなく、伝達軸44とリンク部材450とを摩擦係合した状態にすることができる。リンク部材450と伝達軸44とは3箇所で当接している。これによって伝達軸44を安定して保持することができる。
 図17に示すように、リンク部材450は、筐体200に対して取り付けられる。筐体200の内側面には、突起260a、260bが形成されている。上述のテール部450h2a、450h2bは、突起260a、260b間に嵌め込まれる。これにより、リンク部材450は、筐体200の角部に配置される。嵌め合いによって筐体200に対してリンク部材450を固定することで、筐体200に対してリンク部材450を強固に固定することができる。なお、通常の熱硬化性又はエネルギー線硬化性の接着剤を用いて、筐体200に対してリンク部材450を固定しても良い。
 筐体200の側壁は、部分的に除去されている。リンク本体450hを筐体200に配置することによって、リンク本体450hの外側面が筐体200の外側面と面一となる。このような構成を採用することによって、レンズホルダ31をより筐体200に近い位置に配置することができる。これによって、カメラモジュール150の小型化を効果的に図ることができる。なお、図17から明らかなように、筐体200の側壁部に形成された開口の幅(x軸に沿う幅)よりも、筐体200の外側面に面一となるリンク本体450hの部分の幅(x軸に沿う幅)は広い。これによって、筐体200の側壁部に開口を形成した場合であっても、外部から異物が筐体200内に入り込むことを効果的に抑制することができる。
 なお、インサート成形という製造方法を用いることによって、リンク部材45(450)と筐体20(200)とを一体的に成形することもできる。この方法では、レンズユニット30の組み立て完成後に筐体20(200)を金型で成形する際、金型の一部にレンズユニット30のリンク部材45(450)を埋め込み、筐体20(200)とレンズユニット30を一体成形する。この場合、上述の嵌合による取り付けよりも筐体20(200)に対するレンズユニット30の位置精度を高めることができる。
 図12及び図17に示すように、本実施形態では、筐体20(200)は、等しい横幅及び縦幅を有する。筐体20(200)の上面視形状は正方形状となる。そして、レンズの光軸は、筐体20(200)の対角線の交点近傍に設定される。これによって、筐体20(200)に位置決めによって、簡易にレンズの光軸を位置決めすることができる。なお、発明者らの試作結果によると、上述のリンク部材45(450)の採用によって、従来よりも筐体20の縦幅及び横幅を効果的に圧縮することができた。
 なお、図12及び図17に示すように、筐体20(200)には、レンズユニット30の変位を案内するレール24が形成されている。レンズホルダ31の外周に形成されたレール受け部35にレール24は受け入れられ、筐体20(200)に対してレンズホルダ31が摺動可能に当接する。ピエゾ素子42の駆動に応じて、レンズホルダ31は、レール24に沿って変位する。
 最後に、図18乃至図30を参照してカメラモジュール150の動作について説明する。はじめに、図18及び図19を参照して、カメラモジュール150が組み込まれる携帯電話の構成について説明する。
 カメラモジュール150は、図18に示す携帯電話(電子機器)90に組み込まれる。
 図18に示すように、携帯電話90は、上側本体(第1部材)91、下側本体(第2部材)92、及びヒンジ93を有する。上側本体91と下側本体92とは、共にプラスチック製の平板部材であって、ヒンジ93を介して連結される。上側本体91と下側本体92とはヒンジ93によって開閉自在に構成される。上側本体91と下側本体92とが閉じた状態のとき、携帯電話90は上側本体91と下側本体92とが重ね合わされた平板状の部材になる。
 上側本体91は、その内面に表示部94を有する。表示部94には、着信相手を特定する情報(名前、電話番号)、携帯電話90の記憶部に格納されたアドレス帳等が表示される。表示部94の下には液晶表示装置が組み込まれている。
 下側本体92は、その内面に複数のボタン95を有する。携帯電話90の操作者は、ボタン95を操作することによって、アドレス帳を開いたり、電話を掛けたり、マナーモードに設定したりし、携帯電話90を意図したように操作する。携帯電話90の操作者は、このボタン95を操作することに基づいて、携帯電話90内のカメラモジュール150を起動する。
 図19に、携帯電話90の前面(上面)の構成を示す。図19に示すように、上側本体91の前面には、表示領域96が形成されている。表示領域96に配置されたLEDが発光することで着信状態を操作者に報知することができる。上側本体91の前面の領域97には、上述のカメラモジュール150が組み込まれる。
 次に、図20を参照して、カメラモジュール150を動作させるためのシステム構成(アクチュエータの駆動部の構成)について説明する。図20に示すように、コントローラ80の出力は、駆動電圧生成回路81に接続される。駆動電圧生成回路81の出力は、ピエゾ素子82に接続される。
 コントローラ80は、携帯電話90内に組み込まれたCPUであり、プログラムを実行して様々な指令を生成する。コントローラ80は、操作者による携帯電話90の操作に応じて、カメラモジュールの機能を活性化する。駆動電圧生成回路81は、コントローラ80からの制御信号に応じて、ピエゾ素子82に印加される駆動電圧を生成する。このとき、カメラモジュールのオートフォーカス機能はオン状態にあり、また撮像素子も撮像モードになっている。なお、ピエゾ素子82は、上述のピエゾ素子42に対応する。
 上述の点を前提としたうえで、図21A、Bを参照して、カメラモジュール150の動作(特にそのレンズホルダ31を変位させる動作)について説明する。ここでは、ノコギリ歯波形の駆動電圧(以下、単に駆動波形と呼ぶこともある)をピエゾ素子42に印加する。なお、駆動電圧の波形はノコギリ波状に限定されるべきではない。
 はじめに、図21Aに示す駆動波形をピエゾ素子42に印加する場合について説明する。なお、図21Aに示す場合、駆動波形は、立ち上がり期間TR1は、立ち下がり期間TR2に比べて短い。
 駆動波形の立ち上がり期間TR1に、レンズホルダ31は前方に変位する。他方、駆動波形の立ち下がり期間TR2に、レンズホルダ31は変位しない。立ち上がり期間TR1が立ち下がり期間TR2よりも短い駆動波形をピエゾ素子42に印加することによって、レンズホルダ31を順方向(物体側)に変位させることができる。
 次に、図21Bに示す駆動波形をピエゾ素子42に印加する場合について説明する。なお、図21Bに示す場合、駆動波形は、立ち上がり期間TR3は、立ち下がり期間TR4に比べて長い。
 駆動波形の立ち上がり期間TR3に、レンズホルダ31は変位しない。他方、駆動波形の立ち下がり期間TR4に、レンズホルダ31は後方に変位する。立ち上がり期間TR3が立ち下がり期間TR4よりも長い駆動波形をピエゾ素子42に印加することによって、レンズホルダ31を逆方向(撮像素子側)に変位させることができる。駆動波形は、立ち上がり信号の立ち上がり期間をT1、立ち下り信号の立ち下り期間をT2とした場合、次の関係式を満足すると良い。この点は、後述の説明から明らかである。
  Min(T1、T2)/(T1+T2)≦0.1
 図22及び図23を参照して、駆動電圧生成回路81の回路及びその動作について説明する。
 図22に示すように、駆動電圧生成回路81は、スイッチング信号生成回路(パルス信号生成回路)85、スイッチSW1~SW4、電流源CS1、CS2、及び電源PSを有する。なお、スイッチング信号生成回路85には、コントローラ80の出力が接続される。
 電源PSと接地電位GND間には、スイッチSW1、電流源CS1、スイッチSW2が直列に接続される。電源PSと接地電位GND間には、スイッチSW3、電流源CS2、スイッチSW4が直列に接続される。電流源CS1とスイッチSW2間の節点は、スイッチSW3と電流源CS2間の節点に接続される。また、電流源CS1とスイッチSW2間の節点及びスイッチSW3と電流源CS2間の節点は、ピエゾ素子PZの一端に接続される。ピエゾ素子PZの他端は、スイッチSW2、スイッチSW4、及び接地電位GNDに接続される。なお、スイッチSW1~SW4は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等のスイッチング素子である。
 スイッチSW1~SW4の動作状態は、図23に示すようにスイッチング信号生成回路85によって制御される。スイッチング信号生成回路85は、端子T1~T4を有する。各端子T1~T4から出力されるスイッチング信号VS1~VS4によってスイッチSW1~SW4の動作状態が決定付けられる。例えば、スイッチング信号がハイレベルのとき、スイッチSW1~SW4がオン状態となる。スイッチング信号がローレベルのとき、スイッチSW1~SW4がオフ状態となる。
 図23に示す第1状態のとき、ピエゾ素子PZは電流源CS1によって急速に充電される。第2状態のとき、ピエゾ素子PZは、緩慢に放電する。第3状態のとき、ピエゾ素子PZは、電流源CS1、CS2によって、緩慢に充電される。第4状態のとき、ピエゾ素子PZは、急速に放電する。第1状態と第2状態間を繰り返し切り替えることで、レンズホルダ31は順方向(物体側)一方側に変位する。第3状態と第4状態間を繰り返し切り替えることで、レンズホルダ31は逆方向(撮像素子側)に変位する。
 図24乃至図27を参照してアクチュエータの動作制御について更に説明する。
 図24に示すように、スイッチング信号生成回路85の端子T1からのスイッチング信号VS1がスイッチSW1に供給され、端子T2からのスイッチング信号VS2がスイッチSW2に供給される。これに応じて駆動電圧VW1がピエゾ素子PZに印加される。これに応じて、レンズホルダ31は、順方向に変位する。図24では、レンズホルダ31の変位を矢印で模式的に示している。すなわち、レンズホルダ31は、時刻t1と時刻t2間に変位し、時刻t2と時刻t3間には変位しない。他の期間についても同様である。
 なお、スイッチング信号VS1とスイッチング信号VS2は、互いに反転した関係にある。一方のスイッチング信号は、他方のスイッチング信号を反転して生成すれば良いため、スイッチング信号生成回路の回路構成を簡素化することができる。また、時刻t1と時刻t2間の時間間隔は、時刻t2と時刻t3間の時間間隔よりも十分に短い。この点は、後述のデューティー比に関する説明から明らかである。
 本実施形態では、スイッチング信号VS1、VS2に含まれるスイッチングパルスSPの供給時期に対応する時期にレンズホルダ31は変位する。発明者らの検討によれば、図25に示すように、ピエゾ素子42の伸縮とレンズホルダ31の変位とが連関している。時刻t20(図24の時刻t1に対応)と時刻t21(図24の時刻t2に対応)間は、駆動電圧VW1は急峻に立ち上がる。駆動電圧VW1の立ち上がりに応じて、ピエゾ素子PZは伸張する。ピエゾ素子PZの伸張に応じてレンズホルダ31は軸保持部45から離間する方向に変位する。時刻t21以降時刻t25(図24の時刻t3に対応)の間は、駆動電圧VW1は緩慢に立ち下がる。駆動電圧VW1の立ち下がりに応じて、ピエゾ素子42は、比較的緩慢に収縮する。このとき、ピエゾ素子PZは、その慣性によってその場に居留まる。
 上述の説明から明らかなように、本実施形態に係るアクチュエータでは、ピエゾ素子42が急激に伸張するときにレンズホルダ31が軸保持部45に対して変位する。換言すると、ピエゾ素子42が緩慢に収縮するとき、レンズホルダ31は、軸保持部45に対して変位しない。この場合、レンズホルダ31を効率的に変位させるためには、スイッチングパルスSPのパルス幅を狭めることによってピエゾ素子42を短時間に伸張させると良い、と考察できる。ピエゾ素子42に蓄積された電流の放電時間を確保することが必要である点を考慮すれば、スイッチング信号のデューティー比を小さく設定すると良い、と考察できる。
 より具体的には、図26A、Bに示すように、スイッチング信号のデューティー比をα%からβ%(但し、β%<α%とする)に設定することによって、レンズホルダ31を効率的に変位させることができる、と考察できる。レンズホルダ31をより効率的に変位させることで、レンズホルダ31をより高速に変位させることが可能になる。なお、デューティー比Dは、パルス幅/周期によって算出することができる。図26Aに示すように、ta/Ta=αにより算出される。図26Bに示すように、tb/Tb=βにより算出される。ta、tbは、パルス巾である。Ta、Tbは、周期である。
 図27を参照して、スイッチング信号の設定について説明する。なお、図27では、スイッチング信号のデューティー比を4%~40%の範囲とした。また、スイッチング信号の周波数帯は、40kHz~200kHzとした。デューティー比を2%以下とすると、ピエゾ素子に印加される駆動電圧のレベルが低下することが予想される。従って、ここでは、デューティー比を2%以上の値(つまり、最低デューティー比=4%)とした。
 なお、試験結果については、○△×の三段階で評価している。○>△>×の順でアクチュエータの特性が良くなる。○の場合、アクチュエータは動作速度1mm/s以上の高速度で問題なく動作する。△の場合、○の場合と比較して、アクチュエータの動作特性が劣化する。×の場合、アクチュエータの通常の動作を確保することが難しい。
 図27に示すように、本実施形態に係るアクチュエータの試作評価結果によれば、スイッチング信号のデューティー比Dが25%であれば、適切な周波数を選定することを条件としてアクチュエータを通常動作させることができる。デューティー比Dが30%を超える場合と比較して、駆動電圧の波形が急峻になり、効率的にレンズホルダ31を変位させることが可能になる。
 より好ましくは、スイッチング信号のデューティー比Dは、20%であれば良い。これによって、上述と同様の効果に加えて、選択可能な周波数帯域を拡大することができる。選択可能な周波数帯域の拡大によって設計時の自由度が向上する。また、実際に生成されるスイッチング信号の周波数の変動による悪影響(歩留まりの劣化等)を回避することができる。
 更により好ましくは、スイッチング信号のデューティー比Dは、15%であれば良い。これによって、上述と同様の効果に加えて、選択可能な周波数帯域を更に拡大することができ、上述と同様の効果を得ることができる。
 更により好ましくは、スイッチング信号のデューティー比Dは、10%以下であれば良い。これによって、上述と同様の効果に加えて、選択可能な周波数帯域を更に拡大することができ、上述と同様の効果を得ることができる。
 更に好ましくは、スイッチング信号のデューティー比Dは、8%以下であれば良い。これによって、上述と同様の効果に加えて、選択可能な周波数帯域を更に拡大することができ、上述と同様の効果を得ることができる。今回の試験では、300kHz程度まで正常動作を確認できた。
 更に好ましくは、スイッチング信号のデューティー比Dは、6%以下であれば良い。これによって、上述と同様の効果に加えて、選択可能な周波数帯域を更に拡大することができ、上述と同様の効果を得ることができる。なお、図27に示す結果は、順方向へのレンズホルダ31の変位を前提としている。逆方向へレンズホルダ31を変位させる場合、デューティー比Dは異なる値となる。例えば、順方向時に適用されるデューティー比D=10%と同様の結果を得るため、逆方向時にはデューティー比D=90%と設定する。
 上述の説明から明かなように、スイッチング信号のデューティー比Dを小さく設定することで、レンズホルダ31を効率的に変位させることができることに加えて、選択可能な周波数帯域を顕著に拡大することができる。選択可能な周波数帯域の拡大によって設計時の自由度が向上する。また、実際に生成されるスイッチング信号の周波数の変動による悪影響(歩留まりの劣化等)を回避することができる。スイッチング信号VS1、VS2を高周波帯域に設定すれば、従来よりも高速にレンズホルダ31を変位させることができる。これによって、アクチュエータの動作特性を向上させることができる。
 本実施形態では、デューティー比が10%(D≦10%)以下のスイッチング信号に基づいて駆動電圧VW1を生成し、この駆動電圧VW1によってピエゾ素子PZを駆動する。これによって、高速かつ効率的にレンズホルダ31を変位させ、かつ適用可能な周波数帯域を拡大することができる。
 なお、図24に模式的に示すように、デューティー比Dは、D=D2/D1×100によって算出される。但し、D2は、スイッチングパルスSPのパルス幅に対応する。D1は、スイッチングパルスSPの周期に対応する。
 また、本実施形態では、レンズホルダ31、ピエゾ素子42、及び伝達軸44を筐体20に対して可動とする。換言すると、レンズホルダ31、ピエゾ素子42、及び伝達軸44を可動部とする。これによって、共振周波数を高周波側へシフトさせることができ、連続した使用可能周波数帯域を得ることができる。スイッチング信号を適切なデューティー比に設定することで、更に、連続した使用可能周波数帯域を得ることができる。また、レンズホルダ31が変位する急峻な立ち上がり信号或いは急峻な立ち下がり信号の立ち上がり度合いや立ち下がり度合いを急にすることによって、変位動作時の伝達軸44と軸保持部45間のすべりを減少させ、高効率な動作を得ることができる。スイッチング信号の周波数を高周波側へシフトさせることで、レンズを高速に変位させることが可能になる。
 選択可能な周波数帯域が狭い場合、ピエゾ素子単体特性のバラツキ、アクチュエータの動作環境の変化などによって動作周波数が選択した周波数帯域からはずれるような原因によって、レンズホルダ31を変位させることが困難になるおそれがある。他方、本実施形態では、選択可能な周波数帯域自体が拡大されている。従って、何らかの予期しない原因によって選択した周波数が共振周波数帯に含まれることを効果的に抑制することができる。
 以下、図28及び図29を参照して、比較例について説明する。なお、図29では、図27の場合と同様にして、アクチュエータの動作結果を評価している。なお、比較例の場合も、図22と同様の回路を採用するものとする。
 図28に比較例に係るカメラモジュールを示す。図28に示すように、可動部(破線で囲んだ部分)は、レンズホルダ31と軸保持部45で形成される。また、伝達軸44は、その上端が蓋50に固着し、筐体20に対して移動不能である。軸保持部45は、伝達軸44に対して摩擦係合している。
 比較例と本実施形態とを比較した場合、ノコギリ歯状の駆動電圧VW1でピエゾ素子PZを駆動する点は一致する。しかしながら、両者の間では、駆動電圧VW1の波形とレンズホルダ31が変位するタイミングとの関係が異なる。すなわち、本実施形態の場合には、駆動電圧VW1の波形が短時間で変化する時にレンズホルダ31が変位するが、比較例の場合、駆動電圧VW1の波形が緩慢に変化する時にレンズホルダ31が変位する。従って、比較例の場合には、駆動電圧VW1の波形が緩慢に変化する期間を十分に確保することが要求される。この場合、スイッチング信号のデューティー比を小さく設定することに意義はない。比較例の場合、駆動電圧VW1の波形が急峻に変化する場合、レンズホルダ31は実質的に変位しないためである。
 図29に示すように、比較例の場合、スイッチング信号のデューティー比の選択範囲が狭い。また、スイッチング信号の周波数の選択範囲が狭い。選択可能な周波数帯域が狭いのは、比較例の場合、伝達軸44が蓋50に連結し、筐体20を含む系によって共振が生じるためである。
 図30に示すように、本実施形態の場合、比較例の場合と比較して、所望のデューティー比にスイッチング信号を設定した条件で、スイッチング信号の周波数帯域を拡大することができる。これは、本実施形態の場合、共振周波数が高周波側にシフトしているためである。本実施形態では、比較例の場合と比較して、スイッチング信号をより高い周波数に設定することができる。これによって、レンズホルダ31をより高速に変位させることができる。
 選択可能な周波数帯域が狭い場合には、ピエゾ素子単体特性のバラツキ、アクチュエータの動作環境の変化などによって動作周波数が選択した周波数帯域からはずれるような原因によって、レンズホルダ31を変位させることが困難になるおそれがある。他方、本実施形態では、選択可能な周波数帯域自体が拡大されている。従って、何らかの予期しない原因によって選択した周波数が共振周波数帯に含まれることを効果的に抑制することができる。
 共振周波数は、筐体の形状、重量、及び圧電素子と筐体間の接着状態に依存する。駆動装置が組み込まれる製品ごとに共振周波数が異なる場合がある。共振周波数が存在する帯域では、アクチュエータを正確に制御することが困難になるおそれがある。換言すると、アクチュエータが正常に機能するか否かの判断は、製品にアクチュエータを組み込むことを待たなければならない。スイッチング信号の周波数の設定誤りによっては、製品の歩留まりが低下してしまうおそれがある。本実施形態では、このような問題が生じることも効果的に抑制することができる。
 上述の説明から明らかなように、本実施形態では、ばね45qは、レンズホルダ31から見た伝達軸44の配置方向(軸線Lx1に沿う方向)に対して90度を成す方向(軸線Lx2に沿う方向)から押え板45pを付勢する。または、ばね450qは、上面視した際にレンズホルダ31の中心と伝達軸44の中心を結んだ中心線と略平行方向へ押え板450pを付勢する。これによって、リンク部材45(450)の配置スペースを効果的に小さくすることができ、カメラモジュール150の小型化を図ることができる。
 更に、本実施形態では、リンク部材45(450)を介して、レンズユニット30を筐体20(200)に対して取り付ける。このとき、リンク部材45(450)内にばね45q(450q)を収納する。より詳細には、押え板45p(450p)及びばね45q(450q)をリンク本体45h(450h)内に収納し、これらを後方から押え板45r(450r)で閉じ込める。これによって、リンク本体45h(450h)の開口に挿通された伝達軸44は、リンク本体45h(450h)と押え板45p(450p)との間に挟持された状態になる。換言すると、伝達軸44に対してリンク本体45h(450h)及び押え板45p(450p)が摩擦係合した状態になる。このようにして、駆動装置の大型化を伴うことなく、伝達軸44に対してリンク部材45(450)を摩擦係合させることができる。
 本実施形態では、ピエゾ素子42の駆動に応じて、筐体20(200)からみて、レンズホルダ31、ピエゾ素子42、及び伝達軸44を一緒に変位させる構成を採用する。この場合、伝達軸44に摩擦係合したリンク部材45(450)を筐体20(200)に嵌め込むことで、レンズユニット30を筐体20(200)に対して取り付ける。これによって、カメラモジュール150の組み立てを簡素化することができる。また、レンズユニット30単位での商品化を実現することができる。
 レンズホルダ31に対して伝達軸44を直接的に固定する場合、両者を高精度に位置決め固定することができる。従って、従来よりも、レンズホルダ31に対する伝達軸44の取り付けの精度を高めることもできる。
 また、本実施形態では、カメラモジュール150が組み立てられた状態のとき、ピエゾ素子42は伝達軸44により支持され、筐体20(200)の上部空間内で宙吊り状態にある。換言すると、ピエゾ素子42は、筐体20(200)に対して直接的に当接していない。これによって、ピエゾ素子42を固定するための構造を省略することができ、カメラモジュール150の小型化を図ることができる。また、ピエゾ素子42を固定させるための工程(筐体への接着工程、伝達軸への錘の配置工程等)を不要にすることができる。
 ピエゾ素子42を宙吊り状態にしたとしてもレンズホルダ31の変位は妨げられない。一般的に、効率的に移動対象物を変位させるためには、振動源として機能するピエゾ素子42を他の部材(筐体等)に機械的に固定し、伝達軸44をフリーな状態にすることが必要と考えられている。本発明者らの検討により、ピエゾ素子42自身の重さによってピエゾ素子42が空間内で固定されているとみなしたとしてもアクチュエータの機能は妨げられないことが明らかになった。従って、ピエゾ素子42を宙吊り状態にしたとしてもレンズホルダ31を変位させることは妨げられない。
 なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。付勢手段の具体的な構成は任意である。ピエゾ素子と伝達軸間の連結方法は任意であり、それらの間に他の部材を配置しても良い。付勢手段は、直接的に伝達軸を付勢する場合のほか、他の部材を介して間接的に伝達軸を付勢しても良い。
 本発明の駆動装置、レンズ部品、及びカメラモジュールは、例えばカメラ等の撮像装置に用いられる。
10 配線基板
11 コネクタ
12 撮像素子
13 透明基板
15 補強板
20 筐体
22 隔壁部、22a、22b リブ
24 レール
26a、26b 突起
30 レンズユニット
31 レンズホルダ
32a、32b 支持板
33 伝達軸
42 ピエゾ素子
44 伝達軸
45 リンク部材(軸保持部)
45h リンク本体
45h1 輪状部
45h2 収納部
45h2a 曲面
45h2b テール部
45h3、45h4 突出部
45h7、45h8 開口部
45p 押え板
45p3 左端部
45p4 胴部
45p5 右端部
45r 押え板
50 蓋
80 コントローラ
81 駆動電圧生成回路
82 ピエゾ素子
85 スイッチング信号生成回路
90 携帯電話
150 カメラモジュール
200 筐体
260a、260b 突起
450 リンク部材
450h リンク本体
450h1 輪状部
450h2 収納部
450h2a、450h2b テール部
450h3、450h4 突出部
450h7、450h8 開口部
450p 押え板
450p3 左端部
450p4 胴部
450p5 右端部
450q バネ
450r 押え板
450s 突起部
CS1、CS2 電流源
L1~L3 レンズ
Lx1、Lx2 軸線
OP1、OP2 開口
PS 電源
PZ ピエゾ素子
SW1~SW4 スイッチ
VS1~VS4 スイッチング信号
VW1 駆動電圧

Claims (27)

  1.  圧電素子に駆動軸が連結した連結体と、
     前記連結体が固設された移動対象物と、
     前記移動対象物からみた前記駆動軸の配置方向に略交差する方向(但し、前記駆動軸の長手方向を除く)へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、
     前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、
     を備える駆動装置。
  2.  圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
     前記連結体が固設された移動対象物と、
     上面視した際に前記移動対象物の中心と前記駆動軸の中心を結んだ中心線と略平行方向へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、
     前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、
     を備える駆動装置。
  3.  前記付勢手段は、前記駆動軸から離間する方向に沿って、少なくとも第1板状部材、及び弾性体をこの順で備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の駆動装置。
  4.  前記付勢手段は、前記弾性体よりも前記駆動軸から離れた位置に第2板状部材を更に備え、
     前記駆動軸の長手方向に交差する方向に沿う前記第2板状部材の幅は、前記駆動軸の長手方向に交差する方向に沿う前記第1板状部材の幅よりも狭いことを特徴とする請求項3に記載の駆動装置。
  5.  前記軸保持部は、少なくとも部分的に前記付勢手段を収納することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の駆動装置。
  6.  前記移動対象物からみた前記駆動軸の配置方向と前記付勢手段による前記駆動軸の付勢方向とがなす角度は、45度~135度の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  7.  前記移動対象物からみた前記駆動軸の配置方向と前記付勢手段による前記駆動軸の付勢方向とは実質的に直交関係にあることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  8.  上面視した際に、前記中心線と前記付勢手段による前記駆動軸の付勢方向とがなす角度は、170度~190度の範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
  9.  上面視した際に、前記中心線と前記付勢手段による前記駆動軸の付勢方向とがなす角度は、175度~185度の範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
  10.  前記移動対象物を少なくとも部分的に外囲する外囲器を更に備え、
     前記軸保持部は、前記移動対象物と前記外囲器との間に配置されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の駆動装置。
  11.  前記外囲器の上面視形状は、多角形状であり、
     前記軸保持部は、前記外囲器の角部に配置されていることを特徴とする請求項10に記載の駆動装置。
  12.  前記外囲器の上面視形状は略正方形である直方体形状であることを特徴とする請求項10又は11に記載の駆動装置。
  13.  前記軸保持部は、上面視形状において前記中心線に交差する方向に沿う幅が、前記外囲器の角部に向かうにつれて狭くなっていることを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一項に記載の駆動装置。
  14.  前記軸保持部は、前記移動対象物の外周面に沿った形状を有することを特徴とする請求項13に記載の駆動装置。
  15.  前記外囲器は、前記軸保持部と対向する位置に前記駆動軸と平行に配置された案内軸を有し、
     前記移動対象物は、前記案内軸に係合する係合部を有することを特徴とする請求項10乃至14のいずれか一項に記載の駆動装置。
  16.  前記軸保持部は、前記外囲器と一体であることを特徴とする請求項10乃至15のいずれか一項に記載の駆動装置。
  17.  前記軸保持部は、前記外囲器とは別体であることを特徴とする請求項10乃至15のいずれか一項に記載の駆動装置。
  18.  前記軸保持部は、前記第1板状部材と共に前記駆動軸の外周を複数の箇所で当接保持することを特徴とする請求項3乃至17のいずれか一項に記載の駆動装置。
  19.  前記軸保持部は、金属が成形された部材であることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか一項に記載の駆動装置。
  20.  前記軸保持部は、アルミ合金又は亜鉛合金を含むことを特徴とする請求項19に記載の駆動装置。
  21.  前記第1板状部材と前記軸保持部とは、構造的な嵌め合いによって互いに係合していることを特徴とする請求項18に記載の駆動装置。
  22.  前記移動対象物は、レンズを保持するレンズホルダであり、前記移動対象物の中心は前記レンズの光軸であることを特徴とする請求項1乃至21のいずれか一項に記載の駆動装置。
  23.  圧電素子に駆動軸が連結した連結体と、
     レンズを保持すると共に、前記連結体が固設されたレンズホルダと、
     前記レンズホルダからみた前記駆動軸の配置方向に交差する方向(但し、前記駆動軸の長手方向を除く)へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、
     前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、
     を備えるレンズ部品。
  24.  圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
     レンズを保持すると共に、前記連結体が固設されたレンズホルダと、
     上面視した際に前記移動対象物の中心と前記駆動軸の中心を結んだ中心線と略平行方向へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、
     前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、
     を備えるレンズ部品。
  25.  圧電素子に駆動軸が連結した連結体と、
     レンズを保持すると共に、前記連結体が固設されたレンズホルダと、
     前記レンズホルダからみた前記駆動軸の配置方向に交差する方向(但し、前記駆動軸の長手方向を除く)へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、
     前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、
     前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像手段と、
     を備えるカメラモジュール。
  26.  圧電素子及び駆動軸が連結した連結体と、
     レンズを保持すると共に、前記連結体が固設されたレンズホルダと、
     上面視した際に前記移動対象物の中心と前記駆動軸の中心を結んだ中心線と略平行方向へ前記駆動軸を付勢する付勢手段と、
     前記付勢手段と共に前記駆動軸を摺動可能な状態で保持する軸保持部と、
     前記レンズを介して入力する像を撮像する撮像手段と、
     を備えるカメラモジュール。
  27.  請求項25又は26に記載のカメラモジュールを備える電子機器。
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