WO2011099272A1 - 駆動装置、画像取得装置および電子機器 - Google Patents

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WO2011099272A1
WO2011099272A1 PCT/JP2011/000709 JP2011000709W WO2011099272A1 WO 2011099272 A1 WO2011099272 A1 WO 2011099272A1 JP 2011000709 W JP2011000709 W JP 2011000709W WO 2011099272 A1 WO2011099272 A1 WO 2011099272A1
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drive
piezoelectric element
lens holder
housing
drive voltage
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PCT/JP2011/000709
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English (en)
French (fr)
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等 川村
大 蓮田
進 青木
学 谷
修 中山
郁夫 信太
Original Assignee
マクセルファインテック株式会社
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • 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
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/065Large signal circuits, e.g. final stages
    • H02N2/067Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses

Definitions

  • the present invention relates to a drive device, an image acquisition device, and an electronic device.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric actuator which applies a voltage to a piezoelectric element and displaces a lens by vibration generated in the piezoelectric element.
  • Patent Document 2 discloses a drive circuit in which an inductive element is connected to one end of a piezo element.
  • FIG. 3 of Patent Document 2 shows a configuration example of a drive circuit.
  • 7 and 8 of Patent Document 2 show the operation sequence of the drive circuit.
  • FIGS. 30 to 35 of Japanese Patent Application No. 2010-029422 (hereinafter sometimes referred to simply as priority basic application 1) are included in the contents of the application for the purpose of describing the contents of Patent Document 2. .
  • the contents of description of Patent Document 2 in Priority Basic Application 1 are briefly described here because they are apparent to those skilled in the art from the above description and the drawings of Patent Document 2.
  • Patent Document 3 discloses a drive device in which a piezoelectric element and a drive shaft move in synchronization with an object to be moved in a state in which the piezoelectric element is separated from the stationary side member. This makes it possible to easily set the frequency of the drive waveform applied to the piezoelectric element without considering the resonance of the stationary member.
  • Patent Document 4 discloses a piezoelectric actuator capable of applying a high voltage so that rush current can be reduced, power consumption can be reduced, and high voltage can be easily released.
  • an inductive element is connected in series to the piezo element.
  • Patent Document 5 discloses a drive device in which inrush current decreases when a voltage is applied to a capacitive load for driving.
  • the drive device includes a discharge circuit in which an inductive element is connected to both ends of the loadable capacity.
  • the drive device comprises a stationary side member, a lens holder engaged with the stationary side member in a movable state with respect to the stationary side member, and a direct or indirect mechanism with respect to the lens holder
  • a piezoelectric element that is fixed in position and that expands and contracts according to a drive voltage
  • a drive shaft that is fixed in position directly or indirectly with respect to the lens holder, receives vibration generated by the piezoelectric element, and a longitudinal direction of the drive shaft
  • the drive shaft is held so that the drive shaft can slide along, and from the shaft holding portion fixed to the fixed side member and one electrode of the piezoelectric element via the inductive element,
  • a first drive circuit for applying the drive voltage to the piezo element; and a second drive circuit for applying the drive voltage to the piezo element from the other side of the piezo element via an inductive element Including driving voltage
  • the lens holder is displaced relatively quickly during the period in which the drive voltage changes, not relatively slowly during the period in which the drive voltage changes, and the frequency of
  • FIG. 1 is a schematic 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.
  • FIG. 1 is a schematic top view of a camera module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line VV (see FIG. 4) of the camera module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lens unit according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic functional block diagram of a control system of a drive device according to a first 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 rough timing chart which shows the operation sequence of the drive voltage generation circuit concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an equivalent circuit of first and second drive circuits according to the first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the simulation result of the circuit operation
  • FIG. 19 is a diagram in which a region on the way the gain rises toward the resonance point peak in FIG. 18 is extracted. It is a figure which shows the simulation result of the circuit operation
  • FIG. 6 is a schematic exploded perspective view of a camera module according to a second embodiment of the present invention. It is a schematic perspective view of the lens unit concerning 2nd Embodiment of this invention. It is a schematic fragmentary perspective view of a camera module before arrangement of a coil mounting board concerning a 2nd embodiment of the present invention. It is a schematic fragmentary perspective view of a camera module after arrangement of a coil mounting board concerning a 2nd embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic partial top view of a camera module according to a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic partial top view of a camera module according to a second embodiment of the present invention.
  • the camera module (image acquisition device) 150 includes the wiring substrate 10, the connector 11, the image sensor 12, the transparent substrate (flat member) 13, the housing (envelope) 20, and the lens unit (Lens part) 30 and a lid (enclosure) 50 are provided.
  • the connector 11 is disposed at one end of the wiring substrate 10.
  • An image sensor 12 and a transparent substrate 13 are disposed at the other end of the wiring substrate 10.
  • the transparent substrate 13, the housing 20, the lens unit 30 and the lid 50 are arranged in this order.
  • the housing 20 functions as a stationary member which does not move as viewed from the lenses OL1 to OL3 (see FIG. 5) which are moving objects.
  • the wiring substrate 10 is a flexible sheet-like wiring substrate. A control signal is sent to the image sensor 12 via the wiring substrate 10, and a video signal from the image sensor 12 is transmitted.
  • the wiring substrate 10 also functions as a transmission path of a drive voltage signal input to the piezoelectric element 42 (see FIG. 3) in the lens unit 30.
  • the connector 11 is a connection portion for electrically and mechanically fixing the camera module 150 to the main device.
  • the image sensor 12 is a general solid-state image sensor such as a charge coupled device (CCD) sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor.
  • the image sensor 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.
  • An image sensor 12 is bump-connected to the back surface of the transparent substrate 13.
  • the housing 20 is mounted on the wiring board 10.
  • 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 lid 50 is attached to the housing 20 so that the lens unit 30 is enclosed in the housing 20.
  • the lid 50 is preferably 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.
  • the lens unit 30 includes a lens holder (holder, slide body, moving object) 31, a piezoelectric element (piezoelectric element, electro-mechanical transducer) 42, a drive shaft 44, and a shaft holder 45. Equipped with The axis holding portion 45 can be grasped as a stationary side member on the stationary side as viewed from the lens of the moving object. In this case, the lens unit 30 may be grasped by removing the shaft holding portion 45 from the lens unit 30.
  • the lens holder 31 is a cylindrical member, and holds the lenses OL1 to OL3 therein.
  • An opening OP2 is formed in the upper plate portion of the lens holder 31, and the upper plate portion of the lens holder 31 functions as an optical stop.
  • a connecting portion 32 is provided on the outer periphery of the lens holder 31, and the drive shaft 44 is fixed to the outer periphery of the lens holder 31 via the connecting portion 32.
  • the connecting portion 32 has a support plate 32 a and a support plate 32 b which are separated in the vertical direction.
  • the drive shaft 44 is press-fit into the openings of the support plates 32 a and 32 b of the connecting portion 32 and is fixed to the connecting portion 32.
  • the holding mode of the drive shaft 44 is not limited to such two-point support.
  • the drive shaft 44 may be fixed and supported by either the support plate 32a or the support plate 32b.
  • the shaft holding portion 45 is a fixed side member fixed to the lens holder (holding member) 31.
  • the shaft holding portion 45 has an annular portion 45 h 1, and the drive shaft 44 is inserted through the opening of the annular portion 45 h 1.
  • the annular portion 45h1 and the drive shaft 44 are frictionally engaged with each other in a slidable manner.
  • the annular portion 45h1 of the shaft holding portion 45 is disposed between the support plate 32a and the support plate 32b. The configuration of the shaft holder 45 will be described later.
  • the drive shaft 44 is a rod-like body whose longitudinal direction is the Y-axis direction, and is connected and fixed to the lens holder 31 via the connection portion 32.
  • the drive shaft 44 and the shaft holding portion 45 are in frictional engagement with each other.
  • the shaft holding portion 45 holds the drive shaft 44 in a state where the drive shaft 44 can slide along the y axis.
  • the drive shaft 44 may be lightweight and have high rigidity.
  • the drive shaft 44 may be manufactured by molding glassy carbon, fiber reinforced resin, or epoxy resin. More preferably, the drive shaft 44 may be manufactured by molding a glassy carbon composite material containing graphite, a fiber reinforced resin or glass containing carbon, an epoxy resin composite material containing carbon, or the like.
  • the piezoelectric element 42 is a general piezoelectric element configured by laminating a ceramic layer (piezoelectric layer).
  • the side surface of the piezoelectric element 42 is provided with a pair of electrode terminals. In a state where one of the electrode terminals is grounded, the piezoelectric element 42 expands and contracts in the Y-axis direction by applying a drive voltage to the other electrode terminal.
  • the connection mode of the lead wire 52 to the piezo element 42 will be described later.
  • the piezo element 42 and the drive shaft 44 are fixed to each other via an adhesive.
  • the method of connecting the piezoelectric element 42 and the drive shaft 44 is arbitrary, and for example, both may be connected by fitting.
  • the vibration generated by the piezoelectric element 42 is transmitted to the shaft holding portion 45 via the drive shaft 44.
  • the relative positions of the lens holder 31, the drive shaft 44 and the piezoelectric element 42 are fixed to one another, and the lens holder 31, the drive shaft 44 and the piezoelectric element 42 are relatively movable with respect to the shaft holding portion 45 functioning as a stationary member.
  • the lens holder 31, the drive shaft 44, and the piezoelectric element 42 move along the y axis (an axis which coincides with the optical axis of the lenses OL1 to OL3).
  • the piezoelectric element 42 and the drive shaft 44 are not directly fixed to the shaft holding portion 45 and the lens holder 31 which are fixed side members.
  • the drive frequency for the piezoelectric element 42 can be set only by taking into consideration the inherent resonance introduced from the piezoelectric element 42 and the drive shaft 44, which occurs in the fixed side member (shaft holding portion 45, lens holder 31). It is possible to avoid the need to set the drive frequency in consideration of the resonance.
  • the drive frequency can be set regardless of the built-in state of each lens unit 30.
  • the resonance occurring in the shaft holding portion 45 and the lens holder 31 does not pose a problem, so that the driving frequency can be selected from a wide frequency band.
  • advanced movement control for example, increasing the moving amount of the moving object per cycle, moving the moving object at high speed with fine movement Can be moved.
  • By selecting an appropriate drive frequency for example, high-speed and high-precision movement control of the lens unit 30 can be realized.
  • the housing 20 has a partition 22 separating the upper space and the lower space, and the partition 22 is formed with an opening OP1 for optically connecting the upper and lower spaces.
  • the aperture OP1 may be any aperture in the optical sense.
  • the lens holder 31 is disposed in the upper space of the housing 20.
  • the image sensor 12 is disposed in the lower space of the housing 20.
  • a black reinforcing plate 15 is disposed below the wiring substrate 10.
  • the reinforcing plate 15 is made of a resin material such as polyimide.
  • the disposition of the reinforcing plate 15 can preferably suppress the incident of the extraneous light into the inside of the camera module 150. In order to further suppress the adverse effect of extraneous light, it is more preferable to make the wiring substrate 10 black.
  • the image sensor 12 is bump-mounted on the transparent substrate 13.
  • a wiring pattern is formed in advance on the back surface of the transparent substrate 13.
  • the imaging surface (light receiving surface) of the image sensor 12 is disposed on the transparent substrate 13 side.
  • the transparent substrate 13 is bump-connected to the wiring substrate 10.
  • the image sensor 12 is electrically connected to the wiring substrate 10 via the transparent substrate 13.
  • solder bumps between the transparent substrate 13 and the wiring substrate 10 ensure a space between the image sensor 12 and the wiring substrate 10.
  • the solder bumps between the transparent substrate 13 and the wiring substrate 10 function as spacers for forming a space between the image sensor 12 and the wiring substrate 10.
  • the shaft holding portion 45 includes a main body 45h, a pressing plate (plate-like member) 45p, a spring (elastic member) 45q, and a pressing plate (plate-like member) 45r.
  • the pressing plate 45p, the spring 45q, and the pressing plate 45r are disposed in this order in the direction away from the drive shaft 44.
  • the main body 45h accommodates the pressing plate 45p, the spring 45q, and the pressing plate 45r inside.
  • the main body 45 h is attached to the housing 20.
  • the spring 45 q is a general coil spring (elastic body). As shown in FIG. 6, the spring 45q is configured to hold the presser plate 45p in a direction (direction along the axis Lx2) forming 90 degrees with respect to the arrangement direction of the drive shaft 44 (direction along the axis Lx1) viewed from the lens holder 31. I am energized.
  • the angle between the axis Lx1 and the axis Lx2 is not limited to 90 degrees.
  • the angle formed by the axis Lx1 and the axis Lx2 may be selected in the range of 45 to 135 degrees.
  • Other types of elastic bodies (leaf spring, resin rubber, etc.) may be used.
  • the presser plate 45p, the spring 45q, and the presser plate 45r are pushed in this order into the space formed in the main body 45h.
  • the presser plate 45r is adhesively fixed to the main body 45h, and the presser plate 45p, the spring 45q, and the presser plate 45r are positioned.
  • the pressing plates 45p and 45r are made of, for example, a press-formed metal plate or resin plate.
  • the presser plates 45p and 45r may be formed of a metal material such as a zinc alloy or an aluminum alloy.
  • the main body 45 h has an annular portion (shaft holding portion) 45 h 1 and a storage portion 45 h 2.
  • the annular portion 45h1 has an opening through which the drive shaft 44 is inserted, and is an annular portion surrounding the drive shaft 44 inserted into the opening.
  • the storage portion 45h2 is the remaining portion connected to the ring-shaped portion 45h1.
  • protrusions 45 h 3 and 45 h 4 protruding toward the drive shaft 44 are formed on the inner side surface of the ring-shaped portion 45 h 1.
  • Each protrusion 45 h 3, 45 h 4 is formed by partially making the inner side surface of the annular portion 45 h 1 flat.
  • the protrusions 45h3 and 45h4 are made of resin, there is a possibility that wear powder may be generated due to the friction between them and the drive shaft 44.
  • the spring 45 q is confined in the space of the main body 45 h by the pressing plate 45 r and biases the pressing plate 45 p toward the drive shaft 44.
  • the drive shaft 44 is pressed by the presser plate 45p and abuts on the protrusions 45h3 and 45h4.
  • the drive shaft 44 is held between the main body 45 h and the presser plate 45 p. In other words, the drive shaft 44 and the shaft holding portion 45 frictionally engage with each other.
  • the drive shaft 44 is held in contact at three points between the main body 45h and the presser plate 45p by the presser plate 45p, the projection 45h3 and the projection 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 main body 45h.
  • the main body 45 h has a tail 45 h 2 b extending in a direction away from the drive shaft 44.
  • the main body 45 h is fixed to the housing 20 by the fitting of the tail 45 h 2 b and the housing 20.
  • the shaft holder 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 projection 26a and the projection 26b.
  • the shaft holding portion 45 can be firmly fixed to the housing 20 by fixing the shaft holding portion 45 to the housing 20 by fitting.
  • the shaft holding portion 45 may be fixed to the housing 20 using a normal adhesive.
  • the side walls of the housing 20 are partially removed.
  • the outer side surface of the main body 45 h is flush with the outer side surface of the housing 20.
  • the shaft holding portion 45 and the housing 20 may be integrally molded.
  • a rail 24 for guiding the displacement of the lens holder 31 is formed in the housing 20.
  • the rail 24 is received by the rail receiving portion 35 formed on the outer periphery of the lens holder 31.
  • the lens holder 31 slidably abuts against the rail 24 of the housing 20. According to the drive of the piezo element 42, the lens holder 31 can be guided by the rail 24 and can be stably displaced.
  • a metal plate (fixed wiring portion) 70 which functions as a lead-out terminal (connection terminal, terminal board, terminal portion, electrode terminal) is provided in the housing 20.
  • the metal plate 70 is composed of a pair of lead terminals 70a and 70b. One end of the metal plate 70 is inside the housing, and the other end is outside the housing.
  • the metal plate 70 may be provided to the housing 20 by insert molding.
  • the piezo element 42 is connected to the metal plate 70 through the lead wire 52. In this case, there is no need to draw the lead wire 52 from the inside of the housing 20 to the outside. Therefore, the time required for the lead wire 52 to be routed can be shortened at the time of manufacture. By arranging the metal plate 70 at the corner next to the corner where the piezoelectric element 42 is arranged, the length of the lead wire 52 can be effectively shortened.
  • a system (a configuration of a drive unit of an actuator) for operating the camera module 150 will be described with reference to FIG.
  • the controller 80 controls the drive voltage generation circuit 81 to supply a voltage to the piezo element 42.
  • the controller 80 activates the function of the camera module 150 in response to an operation by the operator. At this time, the autofocus function of the camera module 150 is in the on state, and the image sensor 12 is also in the imaging mode.
  • the drive voltage generation circuit 81 generates a drive voltage to be applied to the piezo element 42 in accordance with a control signal from the controller 80.
  • the drive voltage generation circuit 81 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the drive voltage generation circuit 81 includes transistors (switches, switching portions, switching elements, circuit elements) Q1 to Q4, coils (inductive elements, inductors, circuit elements) 91 and 92, and piezoelectric elements 42. Have.
  • the transistors Q1 and Q3 are P-channel MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
  • the transistors Q2 and Q4 are N channel MOSFETs.
  • the transistors Q1 and Q4 are connected in series between the power supply potential VDD and the ground potential GND.
  • the transistors Q3 and Q2 are connected in series between the power supply potential VDD and the ground potential GND. Assuming that a node to which the drive voltage + E is supplied from the power supply potential VDD is a node a and a node to which a ground potential is supplied from the ground potential GND is a node b, the following connection relation is established.
  • the source terminal of the transistor Q1 is connected to the node a.
  • the drain terminal of the transistor Q1 is connected to the drain terminal of the transistor Q4.
  • the source terminal of the transistor Q4 is connected to the node b.
  • the source terminal of the transistor Q3 is connected to the node a.
  • the drain terminal of the transistor Q3 is connected to the drain terminal of the transistor Q2.
  • the source terminal of the transistor Q2 is connected to the node b.
  • the transistors Q2 and Q3 are connected in parallel to the transistors Q1 and Q4.
  • the source terminal of the transistor Q1 and the source terminal of the transistor Q3 are connected to the node a.
  • the source terminal of the transistor Q4 and the source terminal of the transistor Q2 are connected to the node b.
  • a node between the drain terminal of the transistor Q1 and the drain terminal of the transistor Q4 is a node c (first output terminal).
  • a node between the drain terminal of the transistor Q3 and the drain terminal of the transistor Q2 is a node d (second output terminal).
  • the node c is connected to one electrode terminal of the piezo element PZ via the coil 91.
  • the node d is connected to the other electrode terminal of the piezo element PZ via the coil 92.
  • a wire connecting node c and node d is a coupled line.
  • the drive circuit 200 is a so-called H bridge circuit.
  • a path from the drain terminal of the transistor Q1 to the piezo element PZ is a first output stage.
  • a coil 91 is provided in the first output stage. The first terminal of the coil 91 is connected to the drain terminal of the transistor Q1 and the drain terminal of the transistor Q4, and the second terminal of the coil 91 is connected to the first terminal of the piezo element PZ.
  • a path from the drain terminal of the transistor Q3 to the piezo element PZ is a second output stage.
  • a coil 92 is provided in the second output stage.
  • the first terminal of the coil 92 is connected to the drain terminal of the transistor Q3 and the drain terminal of the transistor Q2, and the second terminal of the coil 92 is connected to the second terminal of the piezo element PZ.
  • the inductance of the coil 91 is equal to the inductance of the coil 92.
  • the controller 80 controls the operating state (on / off) of the transistors Q1 to Q4.
  • the controller 80 outputs a control signal Sc1 to the gate terminal of the transistor Q1.
  • the controller 80 outputs a control signal Sc2 to the gate terminal of the transistor Q2.
  • the controller 80 outputs a control signal Sc3 to the gate terminal of the transistor Q3.
  • the controller 80 outputs a control signal Sc4 to the gate terminal of the transistor Q4.
  • the transistors Q1 and Q3 are turned off when an H level (high level) control signal is supplied from the controller 80, and turned on when an L level (low level) control signal is supplied from the controller 80.
  • the transistors Q2 and Q4 are turned on when the control signal of H level (high level) is supplied from the controller 80, and turned off when the control signal of L level (low level) is supplied from the controller 80.
  • the transistor Q1, the coil 91, and the transistor Q2 constitute a first drive circuit that applies a drive voltage from one side of the piezo element PZ.
  • the transistor Q3, the coil 92, and the transistor Q4 constitute a second drive circuit that applies a drive voltage from the other side of the piezo element PZ (that is, from the reverse direction).
  • FIG. 12 shows a timing chart showing an operation sequence of the drive voltage generation circuit 81.
  • the control signal Sc3 and the control signal Sc2 are at the H level, and the control signal Sc1 and the control signal Sc4 are at the L level.
  • the transistor Q1 and the transistor Q2 are turned on, and the transistor Q3 and the transistor Q4 are turned off.
  • a voltage is applied to the piezo element PZ from one direction.
  • a current flows from the power supply potential VDD to the piezo element PZ through the transistor Q1 and the coil 91, and the piezo element PZ is charged.
  • the charge stored in the piezo element PZ is discharged to the ground potential GND via the coil 92 and the transistor Q2.
  • the control signal Sc1 and the control signal Sc4 are at high level, and the control signal Sc3 and the control signal Sc2 are at low level.
  • the transistor Q3 and the transistor Q4 are turned on, and the transistor Q1 and the transistor Q2 are turned off.
  • a voltage is applied to the piezo element PZ from the reverse direction. More specifically, current flows from the power supply potential VDD to the piezo element PZ through the transistor Q3 and the coil 92, and the piezo element PZ is charged. Further, the charge accumulated in the piezo element PZ is discharged to the ground potential GND via the coil 91 and the transistor Q4.
  • the period A is set shorter than the period B.
  • the lens holder 31 is displaced in the forward direction in accordance with the change in the voltage Vs across the piezoelectric element 42 in the positive and negative directions.
  • the displacement of the lens holder 31 is indicated by an arrow.
  • the lens holder 31 is displaced between time t1 and t2, and is not displaced between time t2 and t3. The same applies to the other periods.
  • the expansion and contraction of the piezoelectric element 42 and the displacement of the lens holder 31 are linked. Between times t1 and t2, the voltage Vs across the piezo element 42 rises sharply. In response to the rapid rise of the voltage, the piezo element 42 expands rapidly. When the piezo element 42 changes rapidly, the drive shaft 44 slides on the shaft holding portion 45. The lens holder 31 is also displaced along with the drive shaft 44.
  • the voltage Vs across the piezo element 42 falls slowly.
  • the piezo element 42 contracts relatively slowly.
  • the change of the piezoelectric element 42 does not generate a force for displacing the drive shaft 44, and the drive shaft 44 stays in place.
  • the lens holder 31 also stays in place with the drive shaft 44.
  • the lens holder 31 is displaced relative to the shaft holding portion 45 when the piezo element 42 is rapidly expanded. In other words, when the piezo element 42 contracts slowly, the lens holder 31 is not displaced with respect to the shaft holding portion 45.
  • the coil 91 is provided in the first output stage (between the node c and the piezo element 42), and the coil 92 is provided in the second output stage (between the node d and the piezo element 42). Therefore, even when the drive voltage is applied from one side of the piezo element 42 in the first drive circuit (transistor Q1, first coil 91, transistor Q2), the second drive circuit (transistor Q3, second coil 92, transistor Q4) Even when the drive voltage is applied from the other side of the piezo element 42 (that is, from the reverse direction), a gain can be obtained, and the drive signal level can be simulated higher than the power supply voltage level E.
  • Coils 91 and 92 are provided in the first and second output stages in the present embodiment.
  • Each of the first and second drive circuits is represented by an equivalent circuit shown in FIG. In FIG. 17, R0 represents the on resistance of the switch elements Q1-Q4. The on-resistance of each of the switch elements Q1-Q4 is approximately 1 [ ⁇ ] or less, although it depends on the element characteristics.
  • L represents the inductance of the coil (91, 92).
  • Cp represents the capacitance value of the piezo element 42.
  • This equivalent circuit is a configuration of a filter circuit having a peak at a resonance point, and constitutes a so-called second-order LPF (low pass filter).
  • the resonance point and fc (cutoff frequency) of the LPF are determined by the resonances of L and Cp.
  • the frequency range is shown in the range of 1 kHz to 10 MHz.
  • the gain is zero until the drive frequency is around 100 kHz, but when it exceeds 100 kHz, the gain starts to increase, and the highest gain is obtained by resonance between 300 kHz and 400 kHz. Then, after passing the resonance point, the gain starts to decrease rapidly, becomes zero at around 500 kHz, and becomes negative as the driving frequency increases.
  • the drive frequency band is preferably selected so that the gain is greater than zero.
  • the operating capacity is reduced even for a small-sized, low-voltage piezoelectric actuator by reselecting the value of the inductance L and the drive frequency accordingly. Can be maintained.
  • the drive frequency although the gain is zero or more, it is preferable to exclude the frequency before and after the frequency of the resonance point.
  • the drive frequency before and after the resonance point is selected, if the frequency is slightly deviated, the gain is largely different. Then, there is a possibility that the variation of the operation characteristic may become very large for each product. Therefore, it is preferable to select from the sections f2 and f3 as the drive frequency to be selected, avoiding the section f4 in FIG.
  • the frequency range f4 to be avoided may be 10% around the resonance frequency or 30% around the resonance frequency.
  • FIG. 19 is a diagram in which the region in the middle of the gain rising toward the resonance point peak in FIG. 18 is extracted.
  • the frequency range is set to 1 kHz to 300 kHz.
  • the drive frequency in a region where the gain is rising toward the resonance point peak, as in a circled region in FIG.
  • the gain is larger than zero even after the resonance point peak (for example, the section f3 in FIG. 18)
  • the decrease curve is steep, so the gain changes largely if the drive frequency deviates slightly from the set value.
  • the gain is rising toward the resonance point peak (section f5 in FIG. 19)
  • the curve is gentle, it is possible to suppress variations among products.
  • the driving frequency is 150 kHz, a gain of about 2 dB can be obtained.
  • FIG. 20 and FIG. 21 show the results of simulation by changing the inductance L of the coil.
  • the region on the way the gain is rising toward the resonance point peak is circled and the drive frequency is selected in the circled region.
  • the driving frequency is 150 kHz
  • a gain of about 3 dB can be obtained.
  • the driving frequency is 150 kHz
  • a gain of about 6 dB can be obtained.
  • a pseudo high voltage can be applied to the piezo element 42, and the displacement vibration characteristic of the piezoelectric actuator can be improved.
  • the piezoelectric element or the drive shaft is fixed to the fixed side member, it is necessary to avoid resonance with the fixed side member in selecting the drive frequency. Therefore, the drive frequency band can not be set widely, and the drive frequency can be selected only in a narrow range where resonance with the fixed side member can be reliably avoided.
  • the piezoelectric element 42 and the drive shaft 44 are not directly fixed to the shaft holding portion 45 and the lens holder 31 which are fixed side members. Therefore, the drive frequency can be set without considering the resonance occurring in the fixed side members (shaft holding portion 45, lens holder 31).
  • the drive frequency can be set only by considering the inherent resonance derived from the piezoelectric element 42 and the drive shaft 44. Then, as described above, the drive frequency can be selected from the range in which the gain can be obtained.
  • harmonic components of the drive signal can be suppressed.
  • about -10 dB of suppression is applied to the 400 kHz harmonic components, and further higher harmonic components are further suppressed. That is, it is understood that high frequency components mixed in the drive signal can be sufficiently suppressed.
  • high frequency noise may be mixed into the drive voltage via the power supply line.
  • FIG. 23 shows an example of the drive voltage in which the power supply line noise is absorbed.
  • harmonic noise can be suppressed as shown in FIG. 24 by the filter effect, and the operation of the piezoelectric actuator can be stabilized.
  • the coils 91 and 92 are provided in advance at the output stage, and the inductance of the coils 91 and 92 is sufficiently larger than the wiring inductance. Therefore, even if the wiring lengths are different, no inductance exceeding the effect of the coils 91 and 92 is held, so that there is no possibility that variations in the operation of the piezoelectric actuator occur due to unexpected resonance, and the operation stability can be improved. .
  • two coils (dielectric elements) always operate with the piezoelectric element 42 interposed between the first drive circuit and the second drive circuit. ing.
  • the back electromotive force acts on both the positive side and the negative side, and the action of amplifying the drive voltage on both the positive side and the negative side can be obtained, and a large amplification effect can be obtained efficiently.
  • Modification 1 As a modified example of the above embodiment, an example in which the arrangement positions of the coils 91 and 92 are changed will be described. The modification 1 is shown in FIG.
  • the coil 91 is provided between the drain terminal of the transistor Q1 and the node c, and the coil 92 is provided between the drain terminal of the transistor Q3 and the node d. Also in this configuration, the coil 91 is in the first output stage and the coil 92 is in the second output stage. Therefore, as in the first embodiment, when the drive voltage is applied from one side of the piezo element PZ by the first drive circuit (transistor Q1, coil 91, transistor Q2), the second drive circuit (transistor Q3, coil The gain is obtained even when the drive voltage is applied from the other side of the piezo element PZ (that is, from the reverse direction) 92 in the transistor Q4), and the drive signal level can be artificially made higher than the power supply voltage level E.
  • Modification 2 The second modification will be described with reference to FIG.
  • the modification 2 is a modification on the assumption that the circuit 812 is configured by one chip.
  • Modification 2 further includes a transistor Q5 and a transistor Q6 in addition to the circuit elements shown in the above-described embodiment.
  • the transistors Q5 and Q6 are N channel MOSFETs.
  • the drain terminal of the transistor Q5 is connected to the first electrode terminal of the piezo element PZ, and the source terminal of the transistor Q5 is connected to the ground potential GND (ground power supply).
  • the drain terminal of the transistor Q6 is connected to the second electrode terminal of the piezo element PZ, and the source terminal of the transistor Q6 is connected to the ground potential GND (ground power supply).
  • a control signal Sc4 common to the transistor Q4 is supplied to the gate terminal of the transistor Q5.
  • a control signal Sc2 common to the transistor Q2 is supplied to the gate terminal of the transistor Q6. That is, the transistor Q5 and the transistor Q4 perform the same operation, and the transistor Q6 and the transistor Q2 perform the same operation.
  • the control signals Sc1 to Sc4 are sent in the timing chart shown in FIG. 12, the main operations are similar to those described in the first embodiment, and similar effects can be obtained.
  • the GND potential is applied to the piezo element PZ via the transistor Q2.
  • the GND potential is supplied to the piezo element via the transistor Q6 which performs the same operation as the transistor Q2 (see FIG. 27).
  • the coil 92 is not included in the current path, the action described above is sufficiently obtained by including the coil 91 on the voltage application side, and the drive signal level can be artificially increased. .
  • the piezo element PZ when the drive voltage is applied from the other side of the piezo element PZ (that is, from the reverse direction) by the second drive circuit (transistor Q3, coil 92, transistor Q4), the piezo element PZ via the transistor Q4. To the GND potential.
  • the GND potential is supplied to the piezo element PZ via the transistor Q5 which performs the same operation as the transistor Q4 (see FIG. 28).
  • the coil 91 is not included in the current path, the action described above is sufficiently obtained by including the coil 92 on the voltage application side, and the drive signal level can be artificially increased. .
  • the piezo element 430 is directly attached to the slider 420.
  • the slider 420 is slidably engaged with the support shaft 440.
  • a through hole 421 is provided in the slider 420, and the support shaft 440 is inserted through the through hole 421.
  • the lens holder 700 is attached to the slider 420 and integrated. The lens holder 700 is guided by the guide rails 500, 510.
  • the slider 420 has an end face 423 perpendicular to the moving direction, and the piezo element 430 is attached to the end face 423.
  • the piezoelectric element 430 is attached to the slider 420 so that the expansion and contraction direction of the piezoelectric element 430 and the movement direction of the slider 420 are parallel to each other.
  • the vibration causes the slider 420 to move relative to the support shaft 440.
  • the piezo element 430 as a driving source is fixed to a slider 420 as a moving body. Since the drive source is attached to the moving object, the power obtained from the piezoelectric element 430 can be effectively converted to the displacement of the slider 420. Therefore, energy consumption can be reduced and control accuracy can be enhanced.
  • the piezo element 430 is not directly fixed to the support shaft 440 which is the fixed side member.
  • the drive frequency can be selected from a wide range for the same reason as the first embodiment.
  • a coil mounting substrate on which a coil is mounted is provided in a housing.
  • the drive circuit of the piezo element When the purchaser of the camera module incorporates the drive circuit of the piezo element, it may not be easy to adjust the operating characteristics of the camera module presented by the camera module supplier.
  • the operating characteristics of the camera module naturally depend also on the operating characteristics of the drive circuit for driving the piezoelectric element disposed in the housing of the camera module, and the operating characteristics of the drive circuit itself for driving the piezoelectric element and the operation of the camera module itself It is because it can not be considered separately from the characteristic.
  • lead terminals connection terminals, terminal plates, terminal portions, electrode terminals
  • the coil mounting substrate 90 is mounted in the housing (envelope) 20.
  • the lead terminals 71, 72 correspond to the lead terminals 70a, 70b of the first embodiment.
  • Recesses 11 a and 11 b are provided on the top surface of the wiring substrate 10 corresponding to the lead terminals 71 and 72.
  • the lead terminals 71 are placed in the recess 11a
  • the lead terminals 72 are placed in the recess 11b.
  • wiring is provided in the concave portions 11 a and 11 b to ensure electrical connection between the lead terminals 71 and 72 and the wiring in the wiring substrate 10 according to the mounting of the housing 20 on the wiring substrate 10.
  • the lead terminals 71 and 72 and the wiring substrate 10 may be electrically connected by soldering or the like.
  • the lower end face of the housing 20 is provided with a plurality of projections.
  • the wiring substrate 10 is provided with a plurality of recesses.
  • the housing 20 is suitably positioned and fixed on the wiring substrate 10 by the fitting between the convex portion and the concave portion.
  • a piezo element 42 is disposed above the shaft holding portion 45.
  • the drive shaft 44 is made of a material having a specific gravity of 2.1 or less. More preferably, the drive 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 drive 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 drive 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.
  • a rail receiving portion (rotation suppressing portion) 35 is provided on the outer peripheral surface of the lens holder 31.
  • the rail receiving portion 35 receives the rail 24 (see FIG. 34) provided in the housing 20.
  • the rail receiving part 35 is comprised from one set of protrusion parts 35a and 35b.
  • a predetermined interval is provided between the rail receiving portion 35 and the rail 24.
  • the rail 24 is a long columnar portion whose longitudinal direction is the y-axis direction, and is provided at a corner of the housing 20.
  • the rail receiving portion 35 extends in the direction away from the lens holder 31 (the direction intersecting the moving direction of the lens holder 31).
  • the width along the axis (an axis parallel to the moving direction of the lens holder 31) becomes narrow.
  • the rail receiving portion 35 and the rail 24 may be in a contact state.
  • the contact area between the rail receiving portion 35 and the rail 24 be smaller.
  • the width along the y axis becomes narrow.
  • the coil mounting substrate 90 has a mounting substrate 85 and a pair of coil chips (inductive elements) 95.
  • the mounting substrate 85 is a flat member. As described above, one set of coil chips 95 is mounted on the mounting surface of the mounting substrate 85.
  • the mounting substrate 85 is, for example, an epoxy substrate, a flexible wiring substrate, or the like.
  • the mounting substrate 85 is attached to the housing 20 (this point will be described later).
  • connection terminals 86 and a set of connection terminals 87 are provided with a set of connection terminals 86 and a set of connection terminals 87.
  • Each connection terminal is a conductive pattern (for example, a metal pattern) formed on the mounting substrate 85.
  • the coil chip 95 is a chip containing a coil (inductor, inductive element) which is an electronic element.
  • the coil chip 95 is connected between the connection terminal 86 and the connection terminal 87.
  • the connection terminal 86 a is connected to one end of the coil chip 95 a via a wiring (wiring pattern) on the mounting substrate 85.
  • the other end of the coil chip 95 a is connected to the connection terminal 87 a via a wire on the mounting substrate 85.
  • the coil chip 95b is similarly connected between the connection terminal 86b and the connection terminal 87b.
  • the mounting substrate 85 has projecting portions 85 a and 85 b projecting in a convex shape upward (upper end side of the housing 20, object side) corresponding to the connection terminals 86 a and 86 b.
  • the connection terminal 86a is provided on the protrusion 85a.
  • the connection terminal 86 b is provided on the protrusion 85 b.
  • Each protrusion 85a, 85b is provided with an opening.
  • a conductive pattern that functions as connection terminals 86a and 86b is formed in the portion where each opening of each protrusion 85a and 85b is provided.
  • the connection terminal 86a and the lead wire 52a are electrically connected by winding the tip of the lead wire 52a around the opening of the protrusion 85a.
  • the electrical contact between the lead 52b and the connection terminal 86b is secured.
  • the conductive wire is exposed from the film.
  • the specific method of making electrical contact between the lead wire 52 and the connection terminal 86 is optional. Both may be fixed by soldering.
  • the coil mounting substrate 90 shown in FIG. 32 is housed in the housing 20 as shown in FIG. As shown in FIG. 33, when the coil mounting substrate 90 is stored in the housing 20, the following condition is established.
  • the leadout terminal 72 and the connection terminal 87b are disposed in the range P1.
  • the connection terminal 86b is disposed in the range P2.
  • the leadout terminal 71 and the connection terminal 87a are disposed in the range P3.
  • the connection terminal 86a is disposed in the range P4.
  • the ranges P1 to P4 are sequentially set on the Z axis.
  • connection terminal 87a and the lead-out terminal 71 are disposed to face each other, and electrical connection between the both can be easily secured.
  • the electrical contact between the connection terminal 87a and the lead terminal 71 is secured by physical contact between the two.
  • the electrical contact between the connection terminal 87b and the lead terminal 72 is similarly secured by the physical contact between the two.
  • the connection terminal 87a and the lead terminal 71 may be fixed to each other through a conductive material such as solder. The same applies to the connection terminal 87 b and the lead terminal 72. This can enhance the resistance of the electrical connection to impact and the like.
  • the lead terminals 71, 72 and the connection terminals 86a, 86b are alternately arranged. As a result, direct connection between the lead-out terminals 71 and 72 and the connection terminals 86a and 86b is effectively suppressed. By preventing a short circuit between the lead terminal 71 and the connection terminal 86a, the coil chip 95a can be more reliably interposed on the electrical path between the two.
  • the housing 20 is a box-like member having side walls 21 (21a to 21d).
  • a substrate storage portion 20p in which the coil mounting substrate 90 is stored is provided.
  • the substrate storage portion 20p has a wall portion 20p1 that prevents the coil mounting substrate 90 from falling inward (toward the lens holder 31).
  • the distance between the wall portion 20p1 and the side wall 21c is set corresponding to the thickness of the mounting substrate 85 of the coil mounting substrate 90.
  • casing 20 is arbitrary. Considering that the piezoelectric element 42 and the coil mounting substrate 90 are connected by the lead wire 52, the coil mounting substrate 90 may be disposed in the upper storage space of the housing 20 as with the piezoelectric element 42.
  • a rail 24 is provided at a corner where the side wall 21b and the side wall 21c are connected.
  • the rail 24 extends from the housing 20 side to the lens holder 31 side.
  • the end of the rail 24 on the case 20 side is narrow, and the end of the rail 24 on the lens holder 31 side is wide. That is, the rail 24 has the narrow portion 24 a and the wide portion 24 b.
  • the rail receiving portion 35 extends from the outer periphery of the lens holder 31 toward the housing 20 in a direction from the central portion (optical axis) on the lens holder 31 side to the outer periphery.
  • the rail receiving portion 35 has a pair of protrusions 35a and 35b.
  • protrusions 35 a and 35 b are provided at positions opposed to each other with the drive shaft 44 fixed to the lens holder 31 and the center of the lens holder 31.
  • the inner side surfaces of the protrusions 35a, 35b are parallel to each other.
  • the protrusion 35 a extends in a direction away from the lens holder 31 while maintaining a substantially constant width. The same applies to the protrusion 35 b.
  • the rails 24 are received by the rail receiving portion 35 at predetermined intervals. Specifically, the tip of the rail 24 is disposed between the projection 35 a and the projection 35 b at a predetermined interval.
  • the width W15 where the rail 24 and the rail receiving portion 35 overlap in the lens holder radial direction is narrower than the width W16 between the rail 24 and the lens holder 31.
  • the width W15 extends from the inside to the outside of the end surface (the surface facing the outer peripheral surface of the lens holder 31) of the rail 24 extending from the outside (the housing 20 side) to the inside (the lens holder 31).
  • the width W 16 corresponds to the distance between the outer peripheral surface of the lens holder 31 and the tip end surface of the rail 24.
  • 0.05 or more and 0.3 mm or less of W15 are preferable. If it is 0.3 mm or more, it will lead to an increase in the contact area at the time of contact, and if it is 0.05 or less, there is a possibility that the rail and the rail receiving part will be in pressure contact with each other.
  • a beam portion 27 for maintaining strength is provided at the corner between the side wall 21a and the side wall 21b of the housing 20, a beam portion 27 for maintaining strength is provided. By providing the beam portion 27, the strength of the housing 20 can be secured.
  • FIG. 35 A schematic top view of the camera module 150 is shown in FIG. As shown in FIG. 35, the top view shape of the housing 20 is substantially square. The width W11 of the housing 20 along the z-axis is substantially equal to the width W12 of the housing 20 along the x-axis. The lens holder 31 is disposed substantially at the center of the housing 20.
  • FIG. 36 shows a schematic cross-sectional schematic view of the camera module 150 along the dotted line in FIG.
  • the coil mounting board 90 is inserted into the board housing portion 20p of the housing 20 and the coil mounting board 90 is held by the housing 20, the side walls of the mounting board 85 and the housing 20 21c makes surface contact.
  • the connection terminals 87a and 87b can be brought into contact with the lead terminals 71 and 72, respectively. Further, even when the connection terminals 87a and 87b are fixed to the lead terminals 71 and 72 by soldering or the like, the operation can be simplified.
  • the metal plate (conductive plate) 70 has a portion 71 to be a lead terminal 71, a portion 72 to be an electrode terminal, a linear recess 74, and a separation portion 75 where the portion 71 and the portion 72 are connected.
  • the portion 71 has a body 71 b and a base 71 c.
  • the portion 72 has a body 71 b and a base 71 c.
  • the body 71 b is in an upright state with respect to the base 71 c.
  • the body 72b is also in an upright state with respect to the base 72c.
  • the thickness of the portions 71, 72 is sufficiently thinner than the thickness of the release portion 75.
  • the metal plate 70 is attached to the housing 20.
  • the housing 20 is provided with a receiver for receiving the metal plate 70.
  • the detachment portion 75 is separated from the other parts.
  • the lead terminals 71 and 72 can be easily attached to the housing 20.
  • the receiving portion 23 of the lead terminals 71, 72 is provided on the inner peripheral surface of the housing 20, the receiving portion 23 of the lead terminals 71, 72 is provided.
  • the receiving portion 23 a receives the withdrawal terminal 72.
  • the receiving portion 23 b receives the lead terminal 71.
  • the partition wall 21 e of the housing 20 is provided with an opening through which the lead terminals 71 and 72 are inserted. As shown in FIG. 39, the partition wall 21e is a plate-like portion that separates the upper space and the lower space of the housing 20.
  • the partition wall 21e has an optical aperture at a position corresponding to the optical axis AX of the lenses OL1 to OL3. More specifically, the partition 21 e has a rectangular opening OP 2 corresponding to the imaging region 12 a of the image sensor 12.
  • the timing for attaching the lead terminals 71 and 72 to the housing 20 is arbitrary. Also, the timing for attaching the coil mounting substrate 90 to the housing 20 is arbitrary.
  • the camera module may be assembled as follows. First, the metal plate 70 is attached to the housing 20. Next, the detachment portion 75 of the metal plate 70 is cut off. Next, the coil mounting substrate 90 is attached to the housing 20. Next, the lens unit 30 is attached to the housing 20. Next, the electrical contact between the mounting substrate 85 and the piezoelectric element 42 is secured. Specifically, the connection terminal 86a of the mounting substrate 85 and the electrode terminal 42a of the piezo element 42 are connected by the lead wire 52a. Further, the connection terminal 86 b of the mounting substrate 85 and the electrode terminal 42 b of the piezo element 42 are connected by the lead wire 52 b.
  • connection terminals 87 of the mounting substrate 85 is fixed to the lead terminals 71 and 72, respectively. Specifically, the connection terminal 87 a of the mounting substrate 85 is soldered to the lead terminal 71. Similarly, the connection terminal 87 b of the mounting substrate 85 is soldered to the lead terminal 72.
  • the housing 20 is mounted on the wiring substrate 10. Note that, before the housing 20 is mounted on the wiring substrate 10, a stacked body of the image sensor 12 and the transparent substrate 13 is disposed on the wiring substrate 10. The order of the above steps can be changed as appropriate.
  • the coil mounting substrate 90 is attached to the housing 20.
  • the coil can be easily connected between the electrode terminal 42 a (42 b) of the piezoelectric element 42 and the lead terminal 71 (72) provided in the housing 20.
  • connection terminals 87a and 87b of the coil mounting substrate 90 can be disposed opposite to the lead terminals 71 and 72 provided in advance on the housing 20. This makes it possible to easily secure the electrical connection between the two.
  • protruding portions 85a and 85b are provided on which the lead wire 52 can be wound. Thereby, the electrical connection between the lead wire 52 and the mounting substrate 85 can be easily secured.
  • FIG. 40 shows a schematic cross-sectional view of the camera module 150.
  • the lens holder 31 holds the lenses OL1 to OL3.
  • the lens OL1 is disposed in the lens holder 31 through a centering process.
  • the lenses OL2 and OL3 are disposed in the lens holder 31 without undergoing the alignment process. That is, the lens OL1 is a lens that requires high positional accuracy as compared to the lenses OL2 and OL3.
  • the method of incorporating the lenses OL1 to OL3 into the lens holder 31 is arbitrary.
  • the lens OL3 and the lens OL2 are laminated in this order, the lens OL1 is aligned on the lens OL2, the lens OL3, the lens OL2 and the lens OL1 are adhered and fixed, and then a laminate of the lenses OL1 to OL3 Is preferably pressed into the lens holder 31.
  • the lenses OL1 to OL3 may be incorporated into the lens holder 31 by a method other than press-fitting.
  • Each width shown in FIG. 40 is as follows. W41: 1 mm, W42: 1 mm, W43: 2 mm, W44: 6 mm, W45: 3 mm.
  • the piezoelectric element 42 is a rectangular solid with a side of about 1 mm. The size of the piezoelectric element 42 may be half or less of the length of the drive shaft 44.
  • the electrode terminal 42a of the piezo element 42 is connected to the connection terminal 86a of the mounting substrate 85 via the lead wire 52a.
  • the connection terminal 86a is connected to one end of the coil chip 95a.
  • the other end of the coil chip 95a is connected to the connection terminal 87a.
  • the connection terminal 87 a is connected to the lead terminal 71.
  • the electrode terminal 42 b of the piezo element 42 is connected to the connection terminal 86 b of the mounting substrate 85 via the lead wire 52 b.
  • the connection terminal 86 b is connected to one end of the coil chip 95 b.
  • the other end of the coil chip 95b is connected to the connection terminal 87b.
  • the connection terminal 87 b is connected to the lead terminal 72.
  • the coil chip 95a is connected between the lead terminal 71 provided in the housing 20 and the electrode terminal 42a of the piezo element 42.
  • the coil chip 95 b is connected between the lead-out terminal 72 provided on the housing 20 and the electrode terminal 42 b of the piezo element 42.
  • the operation characteristic of the camera module 150 is improved by connecting the coil chip 95 to the piezo element 42.
  • the drive circuit of the camera module 150 is not properly configured, it is difficult to ensure the intended operating characteristics of the camera module 150.
  • the coil chip 95a is connected between the lead terminal 71 provided in the housing 20 and the electrode terminal 42a of the piezo element 42.
  • the coil chip 95 b is connected between the lead-out terminal 72 provided on the housing 20 and the electrode terminal 42 b of the piezo element 42.
  • the purchaser of the camera module only needs to prepare the remaining part of the drive circuit of the camera module. Become. This makes it possible to easily realize the operation characteristic of the camera module presented by the manufacturer of the camera module on the camera module buyer side.
  • the camera module 150 is mounted in a mobile phone 190 shown in FIG.
  • the mobile phone 190 has an upper body 191, a lower body 192, and a hinge 193.
  • the upper body 191 and the lower body 192 are both flat plastic members, and are connected via a hinge 193.
  • the upper body 191 has a display 194 on its inner surface.
  • the lower body 192 has a plurality of buttons 195 on its inner surface.
  • the operator of the mobile phone 190 operates the button 195 to open the address book, place a call, set the silent mode, and operate the mobile phone 190 as intended.
  • the operator of the mobile phone 190 activates the camera module 150 in the mobile phone 190 based on the operation of the button 195.
  • the drive configuration shown in FIG. 10 of the first embodiment can be applied to this embodiment.
  • a function of adjusting the moving speed of the lens holder 31 may be added to the controller 80.
  • the controller 80 determines whether or not the lens holder 31 is in the in-focus position based on processing on the image transmitted from the image acquisition unit (image sensor 12), and sets the lens holder 31 in the in-focus state. For this purpose, the movement direction and movement amount of the lens holder 31 are calculated.
  • the controller 80 controls the drive voltage generation circuit 182 so that the lens holder 31 moves at high speed.
  • the controller 80 controls the drive voltage generation circuit 182 so that the lens holder 31 moves at a low speed when the lens holder 31 is moved to the in-focus position within a distance close to the in-focus position.
  • the drive voltage generation circuit 81 supplies a sawtooth wave drive voltage to the piezo element 42 in response to a control signal supplied from the controller 80.
  • the specific configuration of the drive voltage generation circuit 81 is arbitrary.
  • the piezoelectric element 42 expands and contracts in accordance with the sawtooth wave drive voltage supplied from the drive voltage generation circuit 81 to generate vibration.
  • the lens holder 31 is displaced to the object side or the imaging element side along the optical axis AX according to the vibration generated by the piezoelectric element 42.
  • the optical axis AX of the lenses OL1 to OL3 perpendicularly intersects the front surface of the image sensor 12.
  • FIG. 43 to 48 The third embodiment will be described with reference to FIGS. 43 to 48.
  • a conductive pattern is formed on the mounting substrate 85 to form a coil. Even in such a case, the same effects as those described in the above embodiment can be obtained.
  • a free space for the coil chip 95 can be secured in the housing 20. This makes it easy to reduce the size of the housing 20.
  • the mounting substrate 85 is disposed in the housing 20 so as to be in surface contact with the inner side surface of the side wall 21c of the housing 20, as in the above-described embodiment.
  • the lead terminals 71, 72 and the connection terminals 87a, 87b, etc. are disposed to face each other, and the electrical connection between the both is easily secured. be able to.
  • the connection terminals 87b, the connection terminals 86b, the connection terminals 87a, and the connection terminals 86a are sequentially arranged along one side of the mounting substrate 85, as described in the second embodiment, the connection terminals 86 adjacent to each other are provided. It is possible to suppress a short circuit between the terminal and the connection terminal 87.
  • the width of the mounting substrate 85 in the z-axis direction is slightly smaller than the distance between the side wall 21 b and the side wall 21 d of the housing 20. Therefore, the coil mounting substrate 90 can be easily disposed in the housing 20.
  • the coil mounting substrate 90 may be attached to the side wall 21 of the housing 20 in which the beam 27 is not provided. As a result, the area of the coil mounting substrate 90 can be secured more widely, and it becomes easy to secure a sufficient inductance.
  • the coil mounting substrate 90 may be attached to the side wall 21 of the housing 20 in which the piezoelectric element 42 is not disposed in the vicinity. By attaching the coil mounting substrate 90 to a place where there is a space in the housing 20, an increase in the size of the housing 20 in the z-axis direction can be effectively suppressed.
  • casing 20 is arbitrary.
  • the housing 20 may be provided with a structure for preventing the coil mounting substrate 90 from falling inward.
  • the coil mounting substrate 90 may be fixed to the housing 20 by soldering between the lead terminals 71 and 72 and the connection terminal 87.
  • a pattern wiring region 90p is provided on the main surface of the mounting substrate 85 of the coil mounting substrate 90.
  • the conductive layer is patterned.
  • the conductive wire 90 q extends in the right lateral direction of the mounting substrate with the connection terminal 86 a as a base point.
  • the conductive wire 90 q extends in the vertical downward direction.
  • the conductive line 90 q is folded back and extends in the vertical upper direction at a constant distance from the adjacent conductive lines.
  • the conductive wire 90 q is folded back and extends in the vertical downward direction at a constant distance from the adjacent conductive wires.
  • the conductive wire 90 q repeatedly extends and turns to form a winding as a whole. In this manner, the coil formed of the wiring pattern is mounted on the mounting substrate 85.
  • Conductive line 90 q may be formed in the inner layer of mounting substrate 85 or may be formed on the surface of mounting substrate 85. By winding the conductive wire 90 q in the inner layer of the mounting substrate 85, the coil can be protected in the mounting substrate 85. As a result, the function of the coil can be effectively suppressed from being impaired by the influence of dust or the like.
  • a coil is connected between the connection terminal 86b and the connection terminal 87b by a conductive wire as in the case of the connection terminal 86a and the connection terminal 87a.
  • a coil connected between the connection terminal 86a and the connection terminal 87a is formed of a wiring pattern
  • the connection terminal 86b and the connection terminal The coil connected between 87b may be configured with a wiring pattern.
  • a coil connected between the connection terminal 86a and the connection terminal 87a is formed with a wiring pattern on one main surface side of the wiring substrate 10, and the mounting substrate 85
  • the coil connected between the connection terminal 86 b and the connection terminal 87 b may be formed with a wiring pattern on the other main surface side of the above.
  • connection terminal 87 may be arranged as shown in FIG. Also in this case, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
  • the arrangement position of the connection terminal 87 may correspond to the arrangement position of the lead terminals 71 and 72.
  • the connection terminal 87 is provided on the lower side of the mounting substrate in a front view of FIG. 48, the height of the body 71 b of the lead-out terminal 71 (body 71 b) to prevent short circuit between the connection terminal 86 and the connection terminal 87. It is good to reduce the length in the y-axis direction of As apparent from the present modification, the positions at which the connection terminals 86 and 87 are provided can be changed as appropriate.
  • the mounting substrate 85 of the coil mounting substrate 90 is configured by bending a plate-like member. In such a case, effects similar to those described in the above-described embodiment can be obtained. Also in the present embodiment, a free space for the coil chip 95 can be secured in the housing 20. This makes it easy to reduce the size of the housing 20.
  • the mounting substrate 85 of the coil mounting substrate 90 has a shape in which a plate-like member is bent.
  • the coil mounting substrate 90 is housed in the housing 20 in the same manner as the above-described embodiment.
  • the point of securing the electrical connection between the terminals is the same as that of the above-described embodiment.
  • the mounting substrate 85 has a flat plate portion 85m extending in the z-axis direction, a flat plate portion 85n extending in the x-axis direction, and a connecting portion 85z connecting the flat plate portion 85m and the flat plate portion 85n.
  • the flat plate portion 85 m makes surface contact with the inner side surface of the side wall 21 c of the housing 20.
  • the flat plate portion 85 n makes surface contact with the inner side surface of the side wall 21 b of the housing.
  • a pattern wiring region 90p is formed on the inner side surface of the mounting substrate 85.
  • conductive lines are drawn in the same manner as described in the second embodiment.
  • the mounting substrate 85 is bent corresponding to two adjacent surfaces included in the four surfaces of the housing 20. This makes it possible to route the conductive wire in a wider range, and it is possible to obtain a more sufficient inductance.
  • connection terminal 86a and the connection terminal 87a are formed on the mounting substrate 85 or formed in a wiring layer in the mounting substrate 85. The same applies to a wiring pattern connecting the connection terminal 86b and the connection terminal 87b.
  • the bent shape of the mounting substrate 85 can also be expressed as follows.
  • the mounting substrate 85 is taken along the inner side surface of the housing 20 toward the corner where the beam 27 is provided, with the corner facing the corner of the housing 20 where the beam 27 is provided as a base point To extend.
  • the mounting substrate 85 extends along the inner surfaces of the side wall 21 c and the side wall 21 b of the housing 20. This makes it possible / easier to secure a sufficient size of inductance on the mounting substrate 85.
  • the coil mounting substrate 90 is attached to the side wall 21 of the housing 20 in which the piezoelectric element 42 is not disposed in the vicinity.
  • FIG. 53 shows a coil mounting substrate 90 according to a modification.
  • the connection terminal 87 may be disposed as shown in FIG. Also in this case, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
  • the arrangement position of the connection terminal 87 may correspond to the arrangement position of the lead terminals 71 and 72.
  • the connection terminal 87 is provided on the lower side of the mounting substrate in a front view of FIG. 53, the height of the body 71 b of the lead terminal 71 (body 71 b) in order to prevent a short circuit between the connection terminal 86 and the connection terminal 87. It is good to reduce the length in the y-axis direction of As apparent from the present modification, the positions at which the connection terminals 86 and 87 are provided can be changed as appropriate.
  • the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the lens holder 31 is displaced based on a drive method different from the drive method described in the above embodiment. Even in this case, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.
  • the piezo element 42 is positionally fixed to the housing 20.
  • the piezoelectric element 42 By mounting the piezoelectric element 42 on the transparent substrate 13, the piezoelectric element 42 is positionally fixed in relation to the housing 20.
  • the drive shaft 44 is fixed to the upper surface of the piezo element 42 via an adhesive 60. Further, the upper end portion of the drive shaft 44 is fixed to the lid 50.
  • the lens holder 31 is engaged with the drive shaft 44 via the shaft holding portion 45 so as to be vertically movable.
  • the shaft holding portion 45 engages with the drive shaft 44 in a state where the shaft holding portion 45 can slide on the drive shaft 44.
  • the lens holder 31 moves on the drive shaft 44 along the y-axis.
  • the transparent substrate 13 is electrically connected to the wiring substrate 10 via the bumps BP.
  • the lens holder 31 behaves differently from the above-described embodiment. Specifically, when the drive voltage drops slowly, the lens holder 31 is displaced, and when the drive voltage rises sharply, the lens holder 31 is not displaced. Thus, even if the driving method of the lens holder 31 is different, the invention disclosed in the above-mentioned embodiment can be applied. Also in the case of the present embodiment, the same drive voltage generation circuit as that of the above-described embodiment can be used. According to the study of the inventors, it has been confirmed that a slight gain can be obtained also in the case of the present embodiment. In the present embodiment, a coil may be required to prevent inrush current when reversing the driving operation. Even in this case, it is possible to apply the invention disclosed in the above-described embodiment.
  • only the piezo element 42 may be directly fixed to the housing 20.
  • Only the drive shaft 44 may be directly fixed to the housing 20.
  • the piezo element 42 may be fixed to the housing 20 via an elastic member such as sheet rubber.
  • the drive shaft 44 may be fixed to the housing 20 via an elastic member.
  • 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 operating system of the drive device is arbitrary.
  • the present invention is applied to a drive device of a type in which the piezo element 42 or the drive shaft 44 is fixed to the fixed side member, and the lens holder 31 slides on the fixed drive shaft 44 with respect to the fixed side member. Also good. In this method, the piezo element and the drive shaft 44 are also fixed side members.
  • the specific aspect which forms a coil by pattern wiring is arbitrary.
  • the conductive pattern may be formed spirally.

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Abstract

 駆動装置(150)は、筐体(20)に対して移動可能に係合したレンズホルダ(31)と、レンズホルダ(31)に対して固定されたピエゾ素子(42)と、レンズホルダ(31)に対して固定された駆動軸(44)と、摺動可能な状態で駆動軸(44)を保持し、筐体(20)に対して固定された軸保持部(45)と、ピエゾ素子(42)の一方側電極に対して誘導性素子を介して駆動電圧を印加する第1駆動回路と、ピエゾ素子(42)の他方側電極に対して誘導性素子を介して駆動電圧を印加する第2駆動回路と、を含む駆動電圧生成回路と、を備える。レンズホルダ(31)は、急峻に駆動電圧が変化する期間に変位し、緩慢に駆動電圧が変化する期間に変位しない。駆動電圧の周波数は、第1及び第2駆動回路に含まれるスイッチ抵抗、ピエゾ素子の容量、及び、誘導性素子のインダクタンス、の相互作用によって利得がゼロdBより大きくなる周波数レンジから選定される。

Description

駆動装置、画像取得装置および電子機器
 本発明は、駆動装置、画像取得装置および電子機器に関する。
 近年、カメラは、多種多様な製品に組み込まれている。携帯電話機、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は、次の各文献に開示されている。
 特許文献1は、ピエゾ素子に電圧を印加し、ピエゾ素子に生じる振動でレンズを変位させる圧電アクチュエータを開示する。
 特許文献2は、誘導性素子がピエゾ素子の一端に接続された駆動回路を開示する。特許文献2の図3は、駆動回路の構成例を示す。特許文献2の図7、8は、駆動回路の動作シーケンスを示す。
 特許文献2の図3に示すように駆動回路に誘導性素子を設けることによって、特許文献2の図7に示す期間Cのとき、誘導性素子によって逆起電力が生じる。これにより、放電方向と逆方向にピエゾ素子が充電され、特許文献2の図7に示す期間Bにおいて追加的に補充される電荷量が少なくなる。
 なお、特願2010-029422(以下、単に優先権基礎出願1と呼ぶ場合がある)の図30乃至図35は、特許文献2の内容説明を目的として、その出願内容に盛り込まれたものである。優先権基礎出願1における特許文献2の説明内容は、当業者にとっては、上述の説明及び特許文献2の図等から明らかであるため、ここでは簡略的に説明している。
 特許文献3には、固定側部材からピエゾ素子が離間した状態で、ピエゾ素子および駆動軸が移動対象物に対して同調して移動する駆動装置で開示されている。これによって、固定側部材の共振を考慮せずに、ピエゾ素子に印加される駆動波形の周波数を簡易に設定することが可能になる。
 特許文献4には、突入電流を少なくして、消費電力を低く抑えるとともに、固着状態から容易に脱出させることができるように、高い電圧を印加可能な圧電アクチュエータが開示されている。特許文献4に開示されている駆動回路では、ピエゾ素子に対して誘導性素子が直列に接続されている。
 特許文献5には、容量性負荷に電圧を印加して駆動する際の突入電流が小さくなる駆動装置が開示されている。この駆動装置は、負荷性容量の両端に誘導性素子が接続される放電回路を備える。
 特許文献6には、圧電素子の駆動回路が図示されているが、この駆動回路は、誘導性素子を具備するものではない。
特開2000-350482号公報 特開2005-237144号公報 特許4372206号 特開2005-237144号公報 特開2003-153560号公報 特開平7-298656号公報
 上述のように、近年、小型カメラモジュールに利用される圧電アクチュエータには、より一層の小型化が要求されている。圧電アクチュエータの小型化を実現するため、ピエゾ素子の積層数を減らして、その高さ方向におけるサイズを更に小さくすると良い。しかしながら、この場合、ピエゾ素子の変位振動レベルが低減し、十分な駆動能力が確保できない、及び安定な動作が得にくくなる等の問題が生じてしまうおそれがある。
 小型なピエゾ素子を十分に振動させるため、印加電圧を高くすることが考えられる。しかしながら、圧電アクチュエータは携帯電子機器に搭載されるものであることを考慮すると、低電圧駆動および低消費電力も同時に要求される。したがって、単純に昇圧電圧を利用する等の方法は採用できない。
 上述の説明から明らかなように、低電圧駆動であっても十分な変位レベルが確保できる駆動装置を提供することが望まれている。
 本発明に係る駆動装置は、固定側部材と、前記固定側部材に対して移動可能な状態で、前記固定側部材に対して係合したレンズホルダと、前記レンズホルダに対して直接又は間接的に位置固定され、駆動電圧に応じて伸縮するピエゾ素子と、前記レンズホルダに対して直接又は間接的に位置固定され、前記圧電素子で生じる振動を受ける駆動軸と、前記駆動軸の長手方向に沿って前記駆動軸が摺動可能な状態で前記駆動軸を保持し、前記固定側部材に対して固定された軸保持部と、前記ピエゾ素子の一方側電極から、誘導性素子を介して、前記ピエゾ素子に対して前記駆動電圧を印加する第1駆動回路と、前記ピエゾ素子の他方側から、誘導性素子を介して、前記ピエゾ素子に対して前記駆動電圧を印加する第2駆動回路と、を含む駆動電圧生成回路と、を備え、前記レンズホルダは、相対的に急峻に前記駆動電圧が変化する期間に変位し、相対的に緩慢に前記駆動電圧が変化する期間に変位せず、前記駆動電圧の周波数は、前記第1および第2駆動回路に含まれるスイッチ抵抗、前記ピエゾ素子の容量、および、前記誘導性素子のインダクタンス、の相互作用によって利得がゼロdBより大きくなる周波数レンジから選定される。
 本発明によれば、低電圧駆動であっても十分な変位レベルが確保できる駆動装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係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実施形態に係るカメラモジュールの概略的な分解斜視図である。 本発明の第1実施形態に係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実施形態に係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実施形態に係るカメラモジュールのV-V線(図4参照)における概略的な断面図である。 本発明の第1実施形態に係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実施形態に係る軸保持部の概略的な分解斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る軸保持部の概略的な模式図である。 本発明の第1実施形態に係る軸保持部を筐体に取り付けた状態を示す概略的な上面図である。 本発明の第1実施形態に係る駆動装置の制御システムの概略的な機能ブロック図である。 本発明の第1実施形態に係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実施形態に係る駆動電圧生成回路の動作シーケンス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実施形態に係る駆動電圧生成回路(図12参照)の期間Aにおける電流経路を示す概略図である。 本発明の第1実施形態に係る駆動電圧生成回路(図12参照)の期間Bにおける電流経路を示す概略図である。 本発明の第1実施形態に係るピエゾ素子の両端電圧とレンズホルダの移動状態との関係を示す概略図である。 本発明の第1実施形態に係るピエゾ素子の伸縮動作とレンズホルダの移動状態との関係を模式的に示す概略図である。 本発明の第1実施形態に係る第1及び第2駆動回路の等価回路を示す概略図である。 本発明の第1実施形態に係る回路動作のシミュレーション結果を示す図である。 図18において利得が共振点ピークに向けて上昇していく途中の領域を抜き出した図である。 本発明の第1実施形態に係る回路動作のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第1実施形態に係る回路動作のシミュレーション結果を示す図である。 駆動信号の高調波成分を抑圧できることを説明するための図である。 電源ラインノイズがのってしまった駆動電圧の例を示す図である。 本発明の第1実施形態に係るフィルタ効果によって電源ラインノイズを抑圧した駆動電圧の例を示す図である。 本発明の第1実施形態の変形例1を示す概略図である。 本発明の第1実施形態の変形例2を示す概略図である。 本発明の第1実施形態の変形例2の動作を説明するための概略図である。 本発明の第1実施形態の変形例2の動作を説明するための概略図である。 本発明の第1実施形態の変形例3を示す概略図である。 本発明の第2実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な分解斜視図である。 本発明の第2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2実施形態にかかるコイル実装基板の配置前のカメラモジュールの概略的な部分斜視図である。 本発明の第2実施形態にかかるコイル実装基板の配置後のカメラモジュールの概略的な部分斜視図である。 本発明の第2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2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2実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な断面構成を示す模式図である。 本発明の第2実施形態にかかる端子板の取り付け方法を示す概略的な模式図である。 本発明の第2実施形態にかかる端子板の取り付け方法を示す概略的な模式図である。 本発明の第2実施形態にかかる筐体の概略的な斜視図である。 本発明の第2実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な断面模式図である。 本発明の第2実施形態にかかる筐体内の配線関係を示す説明図である。 本発明の第2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3実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な分解斜視図である。 本発明の第3実施形態にかかるコイル実装基板の配置前のカメラモジュールの概略的な部分斜視図である 本発明の第3実施形態にかかるコイル実装基板の配置後のカメラモジュールの概略的な部分斜視図である。 本発明の第3実施形態にかかるコイル実装基板の概略的な斜視図である。 本発明の第3実施形態にかかるコイル実装基板上に形成された配線パターンを示す模式図である。 本発明の第3実施形態の変形例に係るコイル実装基板である。 本発明の第4実施形態にかかるカメラモジュールの概略的な分解斜視図である。 本発明の第4実施形態にかかるコイル実装基板の配置前のカメラモジュールの概略的な部分斜視図である。 本発明の第4実施形態にかかるコイル実装基板の配置後のカメラモジュールの概略的な部分斜視図である。 本発明の第4実施形態にかかるコイル実装基板の概略的な斜視図である。 本発明の第4実施形態の変形例に係るコイル実装基板である。 本発明の第5実施形態に係るカメラモジュールの概略的な構成を示す模式図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、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。各実施形態は互いに独立したものではなく、相互に組み合わせ可能なものとする。
 [第1実施形態]
 以下、図面を参照して、第1実施形態について説明する。図1及び図2に示すように、カメラモジュール(画像取得装置)150は、配線基板10、コネクタ11、イメージセンサ12、透明基板(平板部材)13、筐体(外囲器)20、レンズユニット(レンズ部品)30、及び蓋(外囲器)50を有する。
 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、イメージセンサ12、及び透明基板13が配置されている。イメージセンサ12上には、透明基板13、筐体20、レンズユニット30および蓋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OL1~OL3(図5参照)からみて移動しない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を介してイメージセンサ12に制御信号が送られるとともに、イメージセンサ12からのビデオ信号が伝送される。また、配線基板10は、レンズユニット30内のピエゾ素子42(図3参照)に入力する駆動電圧信号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および機械的に固定するための接続部分である。
 イメージセンサ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イメージセンサである。イメージセンサ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の背面には、イメージセンサ12がバンプ接続している。
 筐体20は、配線基板10上に実装される。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。
 蓋50は、筐体20に対して取り付けられ、これにより、レンズユニット30は、筐体20内に閉じ込められる。蓋50は、好適には、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、イメージセンサ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。蓋50は、例えば、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、スライド体、移動対象物)31、ピエゾ素子(圧電素子、電気-機械変換素子)42、駆動軸44、及び軸保持部45を備える。軸保持部45は、移動対象物のレンズから見て静止している側の固定側部材として把握できる。この場合、レンズユニット30から軸保持部45を除いて、レンズユニット30を把握しても良い。
 図3及び図5に示すように、レンズホルダ31は、筒状部材であり、その内部にレンズOL1~OL3を保持している。レンズホルダ31の上板部には開口OP2が形成されており、レンズホルダ31の上板部は光学的絞りとして機能する。レンズホルダ31の外周には連結部32が設けられており、連結部32を介して、駆動軸44がレンズホルダ31の外周に固定されている。
 連結部32は、上下方向に離間した支持板32aと支持板32bとを有する。駆動軸44は、連結部32の支持板32a、32bの開口に対して圧入され、連結部32に対して固定されている。駆動軸44の保持態様は、このような2点支持に限られない。支持板32aおよび支持板32bのいずれか一方で、駆動軸44を固定支持しても良い。
 軸保持部45は、レンズホルダ(保持体)31に固定された固定側部材である。軸保持部45は、輪状部45h1を有し、この輪状部45h1の開口に駆動軸44が挿通されている。輪状部45h1と駆動軸44とは、互いに摺動可能な状態で摩擦係合している。軸保持部45の輪状部45h1は、支持板32aと支持板32bとの間に配置されている。軸保持部45の構成については後述する。
 駆動軸44は、Y軸方向を長手方向とする棒状体であり、連結部32を介してレンズホルダ31に対して連結固定されている。駆動軸44と軸保持部45とは互いに摩擦係合状態にある。軸保持部45は、駆動軸44がy軸に沿って摺動可能な状態で駆動軸44を保持している。
 駆動軸44は、軽量でかつ剛性が高いことが望ましい。ガラス状炭素、繊維強化樹脂、又はエポキシ樹脂の成型により、駆動軸44を製造すると良い。より好適には、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又はガラス、及びカーボンを含有するエポキシ樹脂複合材等の成型により、駆動軸44を製造すると良い。
 ピエゾ素子42は、セラミックス層(圧電層)の積層により構成された一般的な圧電素子である。ピエゾ素子42の側面は、一対の電極端子が設けられる。一方の電極端子を接地させた状態で、他方の電極端子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。ピエゾ素子42に対するリード線52の接続態様については後述する。
 ピエゾ素子42と駆動軸44とは、接着剤を介して互いに固着されている。ピエゾ素子42と駆動軸44とを連結させる方法は任意であり、例えば、嵌め合いによって両者を連結させても良い。ピエゾ素子42で生じた振動は、駆動軸44を介して軸保持部45に伝達される。
 レンズホルダ31、駆動軸44およびピエゾ素子42は互いの相対位置が固定され、固定側部材として機能する軸保持部45に対して、相対的に移動可能となっている。ピエゾ素子42の駆動に応じて、レンズホルダ31、駆動軸44、ピエゾ素子42は、y軸(レンズOL1~OL3の光軸に一致する軸線)に沿って移動する。イメージセンサ12の撮像面に対するレンズOL1~OL3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イメージセンサ12の撮像面に結像させることができる。
 本実施形態では、ピエゾ素子42及び駆動軸44は、固定側部材である軸保持部45およびレンズホルダ31に対して直接的に固定されていない。これによって、ピエゾ素子42および駆動軸44から導かれる固有の共振を考慮するのみで、ピエゾ素子42に対する駆動周波数を設定することができ、固定側部材(軸保持部45、レンズホルダ31)で生じる共振を考慮して駆動周波数を設定する必要性を回避することができる。
 個々のレンズユニット30の組込み状態に関係なく、駆動周波数を設定することができる。軸保持部45、及びレンズホルダ31にて生じる共振が問題とはならないため、広い周波数帯域から駆動周波数を選択することができる。例えば、高周波数から低周波数までの広範囲から駆動周波数を適宜選択することによって、高度な移動制御(例えば、一周期当たりの移動対象物の移動量を大きくすること、移動対象物を微動で高速に移動させたりすること)が可能になる。適当な駆動周波数を選択することによって、例えば、高速かつ高精度のレンズユニット30の移動制御が実現することができる。
 図5に示すように、筐体20は、上部空間及び下部空間を隔てる隔壁部22を有し、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。レンズホルダ31は、筐体20の上部空間に配置される。イメージセンサ12は、筐体20の下部空間に配置される。
 図5に示すように、配線基板10の下には、黒色の補強板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の配置により、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。なお、外来光の悪影響を更に抑制するため、配線基板10も黒色にするとなお良い。
 イメージセンサ12は、透明基板13に対してバンプ実装されている。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。イメージセンサ12の撮像面(受光面)は、透明基板13側に配置されている。半田バンプの大きさを適宜制御することで、イメージセンサ12と透明基板13との間の距離(離間距離)が設定される。透明基板13は、配線基板10に対してバンプ接続される。イメージセンサ12は、透明基板13を介して、配線基板10に対して電気的に接続される。
 透明基板13と配線基板10との間の半田バンプによって、イメージセンサ12と配線基板10との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、イメージセンサ12と配線基板10との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6乃至図8を参照して、軸保持部の構造について説明する。図6に示すように、軸保持部45は、本体部45h、押え板(板状部材)45p、バネ(弾性体)45q、及び押え板(板状部材)45rを有する。駆動軸44から離間する方向に、押え板45p、バネ45q、及び押え板45rは、この順で配置される。本体部45hは、押え板45p、バネ45q、及び押え板45rを内部に収納する。本体部45hは、筐体20に対して取り付けられる。 
 バネ45qは、一般的なコイルバネ(弾性体)である。図6に示すように、バネ45qは、レンズホルダ31から見た駆動軸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。軸線Lx1と軸線Lx2とが成す角度は90度に限られない。軸線Lx1と軸線Lx2とが成す角度を、45~135度の範囲で選択してもよい。他の種類の弾性体(板バネ、樹脂製ゴム等)を利用しても良い。
 図7に示されるように、本体部45hに形成された空間内に、押え板45p、バネ45q、押え板45rがこの順に押し込まれる。本体部45hに対して押え板45rが接着固定され、押え板45p、バネ45q、押え板45rが位置決めされる。
 押え板45p、45rは、例えば、プレス成型された金属板または樹脂板で構成されている。例えば、亜鉛合金、アルミ合金等の金属材料で、押え板45p、45rを形成すると良い。これによって、駆動軸44と押え板45pとの間に摺動があっても、押え板45pから磨耗粉が生じることを抑制できる。
 図8に示されるように、本体部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、駆動軸44が挿通される開口を有し、この開口に挿通された駆動軸44を囲む輪状部分である。収納部45h2は、輪状部45h1に連結した残部である。
 図8に示すように、輪状部45h1の内側面には、駆動軸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面とすることによって形成される。突出部45h3、45h4が樹脂の場合、これらと駆動軸44との摩擦により磨耗粉が発生するおそれがある。この問題を回避するため、亜鉛合金の成形により各突出部45h3、45h4(本体部45h)を製造すると良い。なお、亜鉛合金に限らず、アルミ合金、その他の金属材料を採用しても良い。
 バネ45qは、押え板45rによって本体部45hの空間内に閉じ込められ、押え板45pを駆動軸44側へ付勢する。駆動軸44は、押え板45pによって押圧され、突出部45h3、45h4に当接する。駆動軸44は、本体部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、駆動軸44と軸保持部45とが互いに摩擦係合した状態になる。
 駆動軸44は、本体部45hと押え板45pとの間で、押え板45p、突出部45h3、突出部45h4、により3点で当接保持される。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。
 本体部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、本体部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に対してより近接配置することができる。本体部45hは、駆動軸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との嵌め合いによって、本体部45hは筐体20に対して固定される。
 図9に示されるように、軸保持部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と突起26bとの間に嵌め込まれる。筐体20に対して軸保持部45を嵌め合いによって固定することによって、筐体20に対して軸保持部45を強固に固定することができる。なお、通常の接着剤を用いて、筐体20に対して軸保持部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。本体部45hを筐体20に対して取り付けることによって、本体部45hの外側面が筐体20の外側面と面一となる。インサート成形を採用することによって、軸保持部45と筐体20とを一体的に成形しても良い。
 図9に示されるように、筐体20には、レンズホルダ31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は受け入れられる。筐体20のレール24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にガイドされて安定して変位することができる。
 図9に示されるように、引出端子(接続端子、端子板、端子部、電極端子)として機能する金属板(固定配線部)70が筐体20に設けられている。金属板70は、一組の引出端子70a、70bから構成される。金属板70の一方の端部は、筐体の内部にあり、他方の端部は、筐体の外部にある。インサート成型によって、筐体20に対して金属板70を設けても良い。ピエゾ素子42は、リード線52を介して、金属板70に接続される。この場合、筐体20の内部から外部へリード線52を引き出す必要がない。従って、製造時にリード線52の引き回しに要する時間を短縮することができる。ピエゾ素子42を配置した隅部の隣の隅部に金属板70を配置することによって、リード線52の長さを効果的に短くすることができる。
 図10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(アクチュエータの駆動部の構成)について説明する。図10に示すように、コントローラ80は、駆動電圧生成回路81を制御して、ピエゾ素子42に対して電圧を供給する。コントローラ80は、操作者による操作に応じて、カメラモジュール150の機能を活性化する。このとき、カメラモジュール150のオートフォーカス機能はオン状態にあり、イメージセンサ12も撮像モードになっている。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42に印加する駆動電圧を生成する。
 図11を参照して、駆動電圧生成回路81について説明する。図11に示すように、駆動電圧生成回路81は、トランジスタ(スイッチ、スイッチング部、スイッチング素子、回路素子)Q1~Q4、コイル(誘導性素子、インダクタ、回路素子)91、92、及びピエゾ素子42を有する。
 トランジスタQ1、Q3は、PチャネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。トランジスタQ2、Q4は、NチャネルMOSFETである。トランジスタQ1、Q4は、電源電位VDDとグランド電位GND間に直列に接続されている。トランジスタQ3、Q2は、電源電位VDDとグランド電位GND間に直列に接続されている。電源電位VDDから駆動電圧+Eが供給されるノードをノードaとし、グランド電位GNDからグランド電位が供給されるノードをノードbとすると、次のような接続関係になる。トランジスタQ1のソース端子は、ノードaに接続される。トランジスタQ1のドレイン端子は、トランジスタQ4のドレイン端子に接続される。トランジスタQ4のソース端子は、ノードbに接続される。トランジスタQ3のソース端子は、ノードaに接続される。トランジスタQ3のドレイン端子は、トランジスタQ2のドレイン端子に接続される。トランジスタQ2のソース端子は、ノードbに接続される。トランジスタQ1、Q4に対して、トランジスタQ2、Q3は、並列接続されている。
 トランジスタQ1のソース端子とトランジスタQ3のソース端子は、ノードaに接続されている。トランジスタQ4のソース端子とトランジスタQ2のソース端子は、ノードbに接続されている。
 トランジスタQ1のドレイン端子とトランジスタQ4のドレイン端子との間のノードをノードc(第1の出力端子)とする。トランジスタQ3のドレイン端子とトランジスタQ2のドレイン端子との間のノードをノードd(第2の出力端子)とする。ノードcは、コイル91を介して、ピエゾ素子PZの一方の電極端子に接続されている。ノードdは、コイル92を介して、ピエゾ素子PZの他方の電極端子に接続されている。
 ノードcとノードdとを接続する配線を結合線とする。駆動回路200は、いわゆるHブリッジ回路になっている。
 トランジスタQ1のドレイン端子からピエゾ素子PZに至る経路を第1出力段とする。第1出力段には、コイル91が設けられている。コイル91の第1端子はトランジスタQ1のドレイン端子及びトランジスタQ4のドレイン端子に接続され、コイル91の第2端子はピエゾ素子PZの第1端子に接続されている。
 トランジスタQ3のドレイン端子からピエゾ素子PZに至る経路を第2出力段とする。第2出力段には、コイル92が設けられている。コイル92の第1端子は、トランジスタQ3のドレイン端子及びトランジスタQ2のドレイン端子に接続され、コイル92の第2端子はピエゾ素子PZの第2端子に接続されている。なお、コイル91のインダクタンスは、コイル92のインダクタンスに等しい。
 コントローラ80は、トランジスタQ1~Q4の動作状態(オン・オフ)を制御する。コントローラ80は、トランジスタQ1のゲート端子に対して制御信号Sc1を出力する。コントローラ80は、トランジスタQ2のゲート端子に対して制御信号Sc2を出力する。コントローラ80は、トランジスタQ3のゲート端子に対して制御信号Sc3を出力する。コントローラ80は、トランジスタQ4のゲート端子に対して制御信号Sc4を出力する。
 トランジスタQ1、Q3は、コントローラ80からHレベル(ハイレベル)の制御信号が供給されたときオフ状態になり、コントローラ80からLレベル(ローレベル)の制御信号が供給されたときオン状態になる。トランジスタQ2、Q4は、コントローラ80からHレベル(ハイレベル)の制御信号が供給されたときオン状態になり、コントローラ80からLレベル(ローレベル)の制御信号が供給されたときオフ状態になる。
 トランジスタQ1、コイル91、およびトランジスタQ2は、ピエゾ素子PZの一方側から駆動電圧を印加する第1駆動回路を構成する。トランジスタQ3、コイル92、およびトランジスタQ4は、ピエゾ素子PZの他方側から(すなわち逆方向から)駆動電圧を印加する第2駆動回路を構成する。
 図12に、駆動電圧生成回路81の動作シーケンスを示すタイミングチャートを示す。期間Aでは、制御信号Sc3と制御信号Sc2とがHレベルであり、制御信号Sc1と制御信号Sc4とがLレベルである。このとき、トランジスタQ1とトランジスタQ2とがオン状態となり、トランジスタQ3とトランジスタQ4とがオフ状態となる。図13に模式的に示すように、ピエゾ素子PZには電圧が一方向から印加される。トランジスタQ1、及びコイル91を介して、電源電位VDDからピエゾ素子PZに電流が流れ込み、ピエゾ素子PZは充電される。ピエゾ素子PZに蓄積されていた電荷は、コイル92、及びトランジスタQ2を介して、接地電位GNDへ放出される。
 期間Bでは、制御信号Sc1と制御信号Sc4とがハイレベルであり、制御信号Sc3と制御信号Sc2とがロウレベルである。トランジスタQ3とトランジスタQ4とがオン状態となり、トランジスタQ1とトランジスタQ2とがオフ状態となる。このとき、図14に模式的に示すように、ピエゾ素子PZには電圧が逆方向から印加される。より具体的には、トランジスタQ3、及びコイル92を介して、電源電位VDDからピエゾ素子PZに電流が流れ込み、ピエゾ素子PZは充電される。また、ピエゾ素子PZに蓄積されていた電荷は、コイル91、及びトランジスタQ4を介して、接地電位GNDへ放出される。なお、期間Aは、期間Bよりも短く設定されている。
 図15、図16を参照して、レンズユニット30の動きについて説明する。図15に示すように、ピエゾ素子42の両端電圧Vsが正負で変化するのに応じて、レンズホルダ31は順方向に変位する。図15では、レンズホルダ31の変位を矢印で示している。レンズホルダ31は、時刻t1-t2間に変位し、時刻t2-t3間には変位しない。他の期間についても同様である。
 図16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t1-t2間は、ピエゾ素子42の両端電圧Vsは急峻に立ち上がる。電圧の急激な立ち上がりに応じて、ピエゾ素子42は急激に伸張する。 ピエゾ素子42が急激に変化するとき、駆動軸44が軸保持部45に対して摺動する。駆動軸44とともにレンズホルダ31も変位する。
 時刻t2-t3間では、ピエゾ素子42の両端電圧Vsは緩慢に立ち下がる。 電圧の緩慢な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42の変化は駆動軸44を変位させる力を発生させず、駆動軸44はその場に留まる。駆動軸44とともにレンズホルダ31もその場に留まる。
 ピエゾ素子42が急激に伸張するとき、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。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。ピエゾ素子42に蓄積された電荷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。
 本実施形態では、第1出力段(ノードcとピエゾ素子42との間)にコイル91を設け、第2出力段(ノードdとピエゾ素子42との間)にコイル92を設けている。従って、第1駆動回路(トランジスタQ1、第1コイル91、トランジスタQ2)でピエゾ素子42の一方側から駆動電圧を印加する場合も、第2駆動回路(トランジスタQ3、第2コイル92、トランジスタQ4)でピエゾ素子42の他方側から(すなわち逆方向から)駆動電圧を印加する場合でも利得が得られ、擬似的に駆動信号レベルを電源電圧レベルEよりも高くすることができる。
 本実施形態における第1および第2の出力段にはコイル91、92が設けられている。第1及び第2駆動回路夫々は、図17に示す等価回路で表わされる。図17において、R0は、スイッチ素子Q1-Q4のオン抵抗を表す。各スイッチ素子Q1-Q4のオン抵抗は、素子特性にもよるが、概ね1[Ω]以下である。Lは、コイル(91、92)のインダクタンスを表す。Cpはピエゾ素子42の静電容量値を表す。この等価回路は、共振点にピークを持つフィルタ回路の構成であり、いわゆる二次型のLPF(低域通過フィルタ)を構成している。LPFの共振点およびfc(カットオフ周波数)はLおよびCpの共振で決定される。R0、Cpに合わせて駆動周波数およびLを選定することにより、駆動周波数帯域の範囲内で数dBの利得が得られ、擬似的に駆動信号レベルを高めることができる。
 図18は、Ro=0.1(Ω)、Cp=30(nF)、L=6.8(uH)とした場合のシミュレーション結果である。図18では、周波数レンジを1kHzから10MHzの範囲で示している。図18に示されるように、駆動周波数が100kHzあたりまでは利得がゼロであるが、100kHzを超えてくると利得が上がりはじめ、300kHzと400kHzとの間で共振により最も高い利得が得られる。そして、共振点を過ぎると急速に利得は減少し始め、500kHzあたりで利得ゼロになり、さらに駆動周波数が上がると利得はマイナスになっていく。
 駆動周波数帯域としては、利得がゼロより大きくなるように選定することが好ましい。図18の例でいうと、図中の区間f1で示すように、100kHzから500kHzの間で駆動周波数を選定することが好ましい。これにより、ピエゾ素子42を小型化し、さらに、電源電圧Eを低電圧化した場合であっても、擬似的に高い電圧をピエゾ素子42に印加することができ、圧電アクチュエータの変位振動特性を向上させることができる。ピエゾ素子を小型化してピエゾ素子の容量値が小さくなった場合には、それに合わせてインダクタンスLの値および駆動周波数を選定し直すことにより、小型かつ低電圧の圧電アクチュエータであっても動作能力を維持することができる。
 駆動周波数としては、利得がゼロ以上であるが、さらに、共振点の周波数の前後は除くことが好ましい。共振点の前後の駆動周波数を選定した場合、周波数がわずかでもずれると利得が大きく違ってくることになる。すると、製品ごとに動作特性のバラツキが非常に大きくなってしまう恐れがある。したがって、選定する駆動周波数としては、図18中の区間f4を避けて、区間f2とf3とから選定することが好ましい。例えば、避けるべき周波数範囲f4としては、共振点周波数の前後10%にしてもよく、さらには、共振点周波数の前後30%にしてもよい。
 共振点の周波数よりも低い周波数であって利得が0より大きくなる駆動周波数を選定することが好ましい。図19は、図18において利得が共振点ピークに向けて上昇していく途中の領域を抜き出した図である。図19では周波数レンジを1kHzから300kHzとしている。図19中の丸で囲んだ領域のように、利得が共振点ピークに向けて上昇していく途中の領域で駆動周波数を選定することが好ましい。共振点ピークを過ぎたところ(例えば図18中の区間f3)でも利得はゼロより大きいが、減少カーブが急峻であるので、駆動周波数が設定値から少しでもずれると利得が大きく変わってしまう。この点、利得が共振点ピークに向けて上昇していく途中の領域(図19中の区間f5)であれば、カーブが緩やかであるので、製品ごとのバラツキを抑制することができる。図19に示されるように、駆動周波数を150kHzとすると、2dB程度の利得が得られる。
 図20および図21は、コイルのインダクタンスLを変えてシミュレーションした結果である。図20および図21においては、利得が共振点ピークに向けて上昇していく途中の領域を丸で囲み、この丸囲みの範囲で駆動周波数を選定することが例として挙げられる。図20において、駆動周波数を150kHzとすると、3dB程度の利得が得られる。また、図21において、駆動周波数を150kHzとすると、6dB程度の利得が得られる。
 上記のように駆動周波数を選定することにより、擬似的に高い電圧をピエゾ素子42に印加することができ、圧電アクチュエータの変位振動特性を向上させることができる。
 従来の圧電アクチュエータでは、ピエゾ素子または駆動軸が固定側部材に固着されていたので、駆動周波数の選定にあたっては固定側部材との共振を回避する必要があった。そのため、駆動周波数帯域を広く設定することができず、固定側部材との共振が確実に回避できる狭い範囲でしか駆動周波数を選定できなかった。
 本実施形態では、ピエゾ素子42および駆動軸44は、固定側部材である軸保持部45およびレンズホルダ31に対して直接的に固定されていない。従って、固定側部材(軸保持部45、レンズホルダ31)で生じる共振を考慮することなく駆動周波数を設定することができる。ピエゾ素子42および駆動軸44から導かれる固有の共振を考慮するだけで駆動周波数を設定することができる。そして、上述のように、利得が得られる範囲から駆動周波数を選定することができる。
 図22に示されるように、駆動信号の高調波成分については抑圧することができる。例えば、400kHzの高調波成分については-10dB程度の抑圧が効いており、さらにそれ以上の高調波成分はさらに抑圧されていることが分かる。すなわち、駆動信号に混入する高周波成分を十分に抑圧できることがわかる。
 例えば、駆動電圧には電源ラインを経由して高周波ノイズが混入することがある。図23は、電源ラインノイズがのってしまった駆動電圧の例である。このようなノイズが入ってしまうと、圧電アクチュエータの動きが間欠的に止まってしまったりするので、動作が不安定になってしまう問題が生じる。 この点、本実施形態の駆動電圧生成回路81では、フィルタ効果によって、図24に示すように高調波ノイズを抑えることができ、圧電アクチュエータの動作を安定させることができる。
 製品に圧電アクチュエータを実際に組み込む場合には、図9に示したようにリード線52、金属板70、配線基板10等を経由しなければならないので、出力段の配線長(ノードc、dからピエゾ素子42までの配線)が長くなってくる。製品によっても出力段の配線長は異なってくる。すると、配線長の違いにより配線インダクタンスも異なってくるので、予期しない共振によって動作にバラツキが生じる恐れがある。
 本実施形態では、予めコイル91、92を出力段に設けており、コイル91、92のインダクタンスは配線インダクタンスよりも十分に大きい。したがって、配線長が異なったとしてもコイル91、92の効果を超えるインダクタンスは保有していないので、予期しない共振によって圧電アクチュエータの動作にバラツキが生じる恐れがなくなり、動作安定性を向上させることができる。
 本実施形態では、第1駆動回路で電圧を印加する場合も、第2駆動回路で電圧を印加する場合も、ピエゾ素子42を間にして必ず2つのコイル(誘電性素子)が働く構成になっている。これにより、正側にも負側にも逆起電力が作用するようになり、駆動電圧を正側にも負側にも増幅する作用が得られ、効率よく大きな増幅効果を得ることができる。
 (変形例1)
 上記実施形態の変形例として、コイル91、92の配設位置を変えた例を説明する。図25に変形例1を示す。
 変形例1においては、トランジスタQ1のドレイン端子とノードcとの間にコイル91を設け、トランジスタQ3のドレイン端子とノードdとの間にコイル92を設けている。この構成においても、コイル91は第1出力段にあり、コイル92は第2出力段にある。したがって、上記第1実施形態と同様に、第1駆動回路(トランジスタQ1、コイル91、トランジスタQ2)でピエゾ素子PZの一方側から駆動電圧を印加する場合も、第2駆動回路(トランジスタQ3、コイル92、トランジスタQ4)でピエゾ素子PZの他方側から(すなわち逆方向から)駆動電圧を印加する場合でも利得が得られ、擬似的に駆動信号レベルを電源電圧レベルEよりも高くすることができる。
 (変形例2)
 図26を参照して、変形例2を説明する。変形例2は、回路812をワンチップで構成した場合を想定した変形例である。変形例2では、上述の実施形態に示した回路素子に加えて、トランジスタQ5、トランジスタQ6を更に有する。トランジスタQ5、Q6は、NチャネルMOSFETである。
 トランジスタQ5のドレイン端子はピエゾ素子PZの第1電極端子に接続され、トランジスタQ5のソース端子はグランド電位GND(接地電源)に接続されている。トランジスタQ6のドレイン端子は、ピエゾ素子PZの第2電極端子に接続されており、トランジスタQ6のソース端子はグランド電位GND(接地電源)に接続されている。
 トランジスタQ5のゲート端子には、トランジスタQ4と共通の制御信号Sc4が供給される。トランジスタQ6のゲート端子には、トランジスタQ2と共通の制御信号Sc2が供給される。すなわち、トランジスタQ5とトランジスタQ4とは同じ動作をし、トランジスタQ6とトランジスタQ2とは同じ動作をすることになる。この構成において、図12に示したタイミングチャートで制御信号Sc1-Sc4を送ると、その主な動作は第1実施形態で説明したものと同様になり、同様の効果が得られる。
 第1実施形態の場合、第1駆動回路(トランジスタQ1、コイル91、トランジスタQ2)でピエゾ素子PZの一方側から駆動電圧を印加するとき、トランジスタQ2を介してピエゾ素子PZにGND電位をかけていた。他方、変形例2では、トランジスタQ2と同じ動作をするトランジスタQ6を介してピエゾ素子に対してGND電位を供給している(図27参照)。この場合、コイル92は電流経路に含まれなくなるが、電圧印加側にあるコイル91が経路に含まれることによって上記に説明した作用は十分に得られ、擬似的に駆動信号レベルを高めることができる。
 第1実施形態の場合、第2駆動回路(トランジスタQ3、コイル92、トランジスタQ4)でピエゾ素子PZの他方側から(すなわち逆方向から)駆動電圧を印加するとき、トランジスタQ4を介してピエゾ素子PZにGND電位をかけていた。他方、変形例2では、トランジスタQ4と同じ動作をするトランジスタQ5を介してピエゾ素子PZにGND電位を供給している(図28参照)。この場合、コイル91は電流経路に含まれなくなるが、電圧印加側にあるコイル92が経路に含まれることによって上記に説明した作用は十分に得られ、擬似的に駆動信号レベルを高めることができる。
 (変形例3)
 図29を参照して、変形例3について説明する。駆動装置の具体的な構成は任意であり、図29に示すように、駆動装置を構成しても良い。
 図29に示すように、ピエゾ素子430は、スライダ420に直接取り付けられる。支持軸440には、スライダ420が摺動可能に係合している。スライダ420に貫通孔421が設けられており、この貫通孔421に支持軸440が挿通されている。そして、レンズホルダ700がスライダ420に取り付けられ、一体化されている。レンズホルダ700はガイドレール500、510によって案内されている。
 スライダ420は、移動方向に対して垂直な端面423を有し、ピエゾ素子430は、その端面423に取り付けられている。ピエゾ素子430の伸縮方向とスライダ420の移動方向とが平行になるように、ピエゾ素子430がスライダ420に取り付けられている。
 ピエゾ素子が伸縮運動すると、その振動によりスライダ420が支持軸440に対して移動する。駆動源であるピエゾ素子430は、移動体であるスライダ420に固定されている。移動対象物に駆動源を取り付けているので、ピエゾ素子430から得られる動力をスライダ420の変位に効果的に変換することができる。したがって、消費エネルギーを低減できるとともに、制御精度を高めることができる。
 ピエゾ素子430は、固定側部材である支持軸440に対して直接的に固定されていない。第1実施形態と同様の理由によって、広範囲から駆動周波数を選択することができる。
 [第2実施形態]
 本実施形態では、コイルが実装されたコイル実装基板を筐体内に設ける。これによって、付加的な回路素子を含めて駆動電圧生成回路を構成する場合であっても、意図した駆動装置の動作特性を簡易に実現することが可能になる。
 カメラモジュールの購入者にてピエゾ素子の駆動回路を組み込む場合、カメラモジュールの供給者が提示するカメラモジュールの動作特性を調整することが容易ではない場合がある。カメラモジュールの動作特性は、カメラモジュールの筐体内に配置されているピエゾ素子を駆動する駆動回路の動作特性にも当然依存し、ピエゾ素子を駆動する駆動回路自体の動作特性とカメラモジュール自体の動作特性とを切り離して考えることはできないためである。
 インダクタ等の付加的な回路素子を駆動回路内に接続するとき、選定するインダクタによって、カメラモジュールの供給者が提示するカメラモジュールの動作特性を購入者側にて実現することが容易ではない場合もある。インダクタの種類も多数あるため、どのインダクタを採用すれば意図したカメラモジュールの動作特性を確保することができるかは、試行錯誤の動作検証を通じてでなければ分からないことも多い。
 上述の説明から明らかなように、付加的な回路素子を含めて駆動電圧生成回路を構成する場合であっても、意図した駆動装置の動作特性を簡易に実現することが強く望まれており、本実施形態では、本課題を解決するための構成を開示する。なお、上述の実施形態の説明は本実施形態にも同様に当てはまり、これらの実施形態の組み合わせによる効果も主張可能なものとする。
 図30に示すように、筐体20には、引出端子(接続端子、端子板、端子部、電極端子)71、72が取り付けられている。筐体(外囲器)20内には、コイル実装基板90が実装される。引出端子71、72は、第1実施形態の引出端子70a、70bに対応する。
 配線基板10の上面には、引出端子71、72に対応して、凹部11a、11bが設けられている。配線基板10に対して筐体20を実装するとき、凹部11aには引出端子71が載置され、凹部11bには引出端子72が載置される。例えば、凹部11a、11bに配線を施しておくことで、配線基板10に対する筐体20の実装に応じて、引出端子71、72と配線基板10内の配線間の電気的な接続を確保することができる。その後、半田付け等によって引出端子71、72と配線基板10間を電気的に接続させると良い。 
 筐体20の下端面には、複数の凸部が設けられている。配線基板10には、複数の凹部が設けられている。これらの凸部と凹部間の嵌めあいによって、筐体20は配線基板10上に好適に位置決め固定される。
 図31に示すように、レンズユニット30は、第1実施形態とは異なり、軸保持部45の上方にピエゾ素子42が配置されている。
 駆動軸44は、軽量でかつ剛性が高いことが望ましい。駆動軸44は、比重2.1以下の材料からなる。より好ましくは、駆動軸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、駆動軸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。
 駆動軸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。
 レンズホルダ31の外周面には、レール受け部(回転抑止部)35が設けられている。レール受け部35は、筐体20に設けられたレール24(図34参照)を受け入れる。レール受け部35は、一組の突起部35a、35bから構成される。なお、レール受け部35とレール24間には、所定の間隔が設けられている。また、レール24は、y軸方向を長手方向とする長尺な柱状部であり、筐体20の角部に設けられている。
 本実施形態では、レール受け部35(すなわち、突起部35a、35b)は、レンズホルダ31から離間する方向(レンズホルダ31の移動方向に対して交差する方向)へ延在するに応じて、y軸(レンズホルダ31の移動方向に対して平行な軸線)に沿う幅が狭くなる。この構成を採用することによって、ピエゾ素子42の駆動に応じて、レンズホルダ31がy軸に沿って移動しているとき、仮にレンズホルダが回転して、レール受け部35とレール24とが接触したとしても、両者間に生じる摩擦によってレンズホルダ31の移動が阻害されないようになっている。つまり、レンズホルダ31と筐体20間に生じる摩擦量が増大して、レンズホルダ31の変位が阻害されることを効果的に抑制することができる。
 例えば、レンズホルダ31がy軸に直交するxz平面にて揺動すると、レール受け部35とレール24とが接触状態になる場合がある。この場合、レール受け部35とレール24間の接触面積が小さいほうが好ましい。本実施形態では、上述のように、レール受け部35は、レンズホルダ31から離間する方向へ延在するに応じて、y軸に沿う幅が狭くなる。これによって、仮に、レール受け部35とレール24間が接触状態となったとしても、両者間に生じる摩擦量を小さくすることができる。
 図32乃至図34を参照して更に説明する。図32に示すように、コイル実装基板90は、実装基板85、及び一組のコイルチップ(誘導性素子)95を有する。
 実装基板85は、平板状部材である。実装基板85の実装面には、上述のように一組のコイルチップ95が実装されている。実装基板85は、例えば、エポキシ基板、フレキシブル配線基板等である。実装基板85は、筐体20に対して取り付けられる(この点は、後述する)。
 実装基板85の一辺には、一組の接続端子86、および一組の接続端子87が設けられている。なお、各接続端子は、実装基板85上に形成された導電パターン(例えば、金属パターン)である。
 一組のコイルチップ95(95a、95b)は、実装基板85の実装面上に実装されている。コイルチップ95は、電子素子であるコイル(インダクタ、誘導性素子)を内蔵するチップである。
 コイルチップ95は、接続端子86と接続端子87間に接続される。接続端子86aは、実装基板85上の配線(配線パターン)を介してコイルチップ95aの一端に接続される。コイルチップ95aの他端は、実装基板85上の配線を介して接続端子87aに接続される。コイルチップ95bも、同様にして、接続端子86bと接続端子87b間に接続される。
 実装基板85は、接続端子86a、86bに対応して、上方(筐体20の上端側、物体側)へ凸状に突出した突出部85a、85bを有する。接続端子86aは、突出部85aに設けられている。接続端子86bは、突出部85bに設けられている。各突出部85a、85bには、開口が設けられている。各突出部85a、85bの各開口が設けられている部分には、接続端子86a、86bとして機能する導電パターンが形成されている。突出部85aの開口部に対して、リード線52aの先端を巻き付けることによって、接続端子86aとリード線52aとが電気的に接続される。同様に、突出部85bの開口部に対して、リード線52bの先端を巻き付けることによって、リード線52bと接続端子86b間の電気的コンタクトが確保される。なお、リード線52の先端では、被膜から導電線が露出しているものとする。リード線52と接続端子86間の電気的コンタクトをとる具体的な方法は任意である。半田付けによって両者を固着させても良い。
 図32に示すコイル実装基板90は、図33に示すように筐体20内に収納される。図33に示すように、コイル実装基板90が筐体20内に収納されたとき、次の状態になる。範囲P1には、引出端子72、および接続端子87bが配置される。範囲P2には、接続端子86bが配置される。範囲P3には、引出端子71、および接続端子87aが配置される。範囲P4には、接続端子86aが配置される。なお、範囲P1~P4は、Z軸上において順次設定された範囲である。
 筐体20に対するコイル実装基板90の取り付けに応じて、接続端子87aと引出端子71とが対向配置され、両者間の電気的な接続を簡易に確保することが可能になる。例えば、接続端子87aと引出端子71間の電気的コンタクトは、両者の物理的な接触によって確保される。接続端子87bと引出端子72間の電気的コンタクトも、同様に、両者の物理的な接触によって確保される。なお、接続端子87aと引出端子71間を半田等の導電性材料を介して固着させても良い。接続端子87bと引出端子72間についても同様である。これによって、衝撃等に対する電気的接続の耐性を高めることができる。
 筐体20に対するコイル実装基板90の取り付けに応じて、引出端子71、72と接続端子86a、86bとが交互に配置される。これによって、引出端子71、72と接続端子86a、86b間が直接的に接続されて短絡状態になることが効果的に抑制される。引出端子71と接続端子86a間の短絡を防止することによって、両者間の電気的経路上にコイルチップ95aをより確実に介在させることが可能になる。
 図34に示すように、筐体20は、側壁21(21a~21d)を有する箱状部材である。筐体20の側壁21cの内側面には、コイル実装基板90が収納される基板収納部20pが設けられている。基板収納部20pは、コイル実装基板90が内側(レンズホルダ31側)へ倒れることを防止する壁部20p1を有する。壁部20p1と側壁21c間の間隔は、コイル実装基板90の実装基板85の基板厚みに対応して設定されている。
 なお、筐体20に対するコイル実装基板90の取り付け位置は任意である。ピエゾ素子42とコイル実装基板90間をリード線52で接続する点を考慮すると、ピエゾ素子42と同様、筐体20の上部収納空間にコイル実装基板90を配置すると良い。
 図34に示すように、側壁21bと側壁21cとが連結する角部には、レール24が設けられる。レール24は、筐体20側からレンズホルダ31側へ延在する。レール24の筐体20側の端部は幅狭であり、レール24のレンズホルダ31側の端部は幅広である。つまり、レール24は、幅狭部24a、および幅広部24bを有する。
 レール受け部35は、レンズホルダ31側の中心部(光軸)から外周へ向かう方向でレンズホルダ31外周から筐体20側へ延在する。レール受け部35は、一対の突起部35a及び突起部35bを有する。この例では、レンズホルダ31に固定された駆動軸44とレンズホルダ31の中心を介して対向する位置に突起部35a、35bが設けられている。突起部35a、35bの内側面は互いに平行である。カメラモジュール150を上面視したとき、突起部35aは、略一定の幅を保ちながらレンズホルダ31から離間する方向へ延在する。突起部35bについても同様である。
 レール24は、レール受け部35に所定の間隔をあけて受け入れられる。具体的には、レール24の先端部は、突起部35aと突起部35b間に所定の間隔をあけて配置される。
 図34に示すように、レンズホルダ31の移動方向から見て、レンズホルダ半径方向におけるレール24とレール受け部35とが重なり合う幅W15は、レール24とレンズホルダ31間の幅W16よりも狭い。このように幅W15、W16を設定することによって、レンズホルダ31と筐体20間に生じる摩擦量を極力小さなものにすることが可能になる。なお、幅W15は、外側(筐体20側)から内側(レンズホルダ31側)へ延在するレール24の先端面(レンズホルダ31の外周面に対向する面)と、内側から外側へ延在するレール受け部35の先端面(筐体20の内側面に対向する面)との間の間隔に相当する。また、幅W16は、レンズホルダ31の外周面とレール24の上記先端面間の間隔に相当する。W15は、0.05以上0.3mm以下が好ましい。0.3mm以上となると接触時の接触面積増大につながり、0.05以下では、落下時などにレールとレール受け部が圧接状態となる恐れがあるからである。筐体20の側壁21aと側壁21b間の角部には、強度保持用の梁部27が設けられている。この梁部27を設けることによって、筐体20の強度を確保することが可能になる。
 図35にカメラモジュール150の概略的な上面図を示す。図35に示すように、筐体20の上面視形状は、略正方形である。筐体20のz軸に沿う幅W11は、筐体20のx軸に沿う幅W12と略等しい。レンズホルダ31は、筐体20の略中心に配置されている。
 図36に、図35の点線に沿うカメラモジュール150の概略的な断面模式図を示す。図36に示すように、筐体20の基板収納部20pに対してコイル実装基板90が挿し込まれ、筐体20によってコイル実装基板90が保持されると、実装基板85と筐体20の側壁21cとが面接触する。これによって、接続端子87a、87bを、それぞれ、引出端子71、72に対して接触させることが可能になる。また、これによって、接続端子87a、87bを、それぞれ、引出端子71、72に対して半田付け等によって固着する場合にも、その作業を簡易化することができる。
 図37及び図38を参照して、引出端子71、72を筐体20に対して取り付ける方法について説明する。
 図37に示すように、金属板(導電板)70は、引出端子71となる部分71、電極端子となる部分72、線状の窪み74、及び部分71と部分72とが連結した離脱部75を有する。
 部分71は、胴部71b、および基部71cを有する。部分72は、胴部71b、および基部71cを有する。胴部71bは、基部71cに対して起立状態にある。胴部72bも、同様、基部72cに対して起立状態にある。部分71、72の肉厚は、離脱部75の肉厚よりも十分に薄い。これによって、線状の窪み74を切断ラインとして、部分71、82と離脱部75とを簡易に分離可能である。
 図37に模式的に示すように、金属板70は、筐体20に対して取り付けられる。筐体20には、金属板70を受け入れる受け部が設けられている。筐体20に対して金属板70を取り付けた後、図38に模式的に示すように、離脱部75は、その他の部分から切り離される。このようにして、筐体20に対して簡易に引出端子71、72を取り付けることが可能である。
 図39に示すように、筐体20の内周面には、引出端子71、72の受け入れ部23が設けられている。受け入れ部23aは、引出端子72を受け入れる。受け入れ部23bは、引出端子71を受け入れる。
 なお、筐体20の隔壁21eには、引出端子71、72が挿通される開口が設けられている。図39に示すように、隔壁21eは、筐体20の上部空間と下部空間とを隔てる板状部分である。隔壁21eは、レンズOL1~OL3の光軸AXに対応する位置に光学的な開口を有する。より具体的には、隔壁21eは、イメージセンサ12の撮像領域12aに対応する矩形状の開口OP2を有する。
 なお、引出端子71、72を筐体20に対して取り付けるタイミングは任意である。また、コイル実装基板90を筐体20に対して取り付けるタイミングは任意である。
 例えば、次のようにカメラモジュールを組み立てると良い。まず、筐体20に対して金属板70を取り付ける。次に、金属板70の離脱部75を切除する。次に、筐体20に対してコイル実装基板90を取り付ける。次に、筐体20に対してレンズユニット30を取り付ける。次に、実装基板85とピエゾ素子42間の電気的コンタクトを確保する。具体的には、実装基板85の接続端子86aとピエゾ素子42の電極端子42aとの間をリード線52aで接続する。また、実装基板85の接続端子86bとピエゾ素子42の電極端子42bとの間をリード線52bで接続する。次に、必要に応じて、実装基板85の一組の接続端子87を、それぞれ、引出端子71、72に対して固着させる。具体的には、実装基板85の接続端子87aを、引出端子71に対して半田付けする。同様に、実装基板85の接続端子87bを、引出端子72に対して半田付けする。次に、配線基板10に対して筐体20を実装する。なお、配線基板10に対して筐体20を実装する前、配線基板10上には、イメージセンサ12及び透明基板13の積層体が配置されているものとする。上述のステップの順番は、適宜、変更可能である。
 本実施形態では、コイル実装基板90を筐体20に対して取り付ける。これによって、ピエゾ素子42の電極端子42a(42b)と筐体20に設けられた引出端子71(72)間にコイルを簡易に接続することが可能になる。
 筐体20に対するコイル実装基板90の取り付けによって、コイル実装基板90の接続端子87a、87bを、筐体20に予め設けられた引出端子71、72に対して対向配置させることができる。これによって、両者間の電気的な接続を簡易に確保することが可能になる。
 筐体20に対して保持された状態のコイル実装基板90の上辺部分には、リード線52が巻き付け可能な突出部85a、85bが設けられている。これによって、リード線52と実装基板85間の電気的な接続を簡易に確保することができる。
 図40にカメラモジュール150の概略的な断面構成図を示す。図40に示すように、レンズホルダ31は、レンズOL1~OL3を保持する。レンズOL1は、調芯工程を経てレンズホルダ31内に配置されている。レンズOL2、OL3は、調芯工程を経ることなく、レンズホルダ31内に配置される。つまり、レンズOL1は、レンズOL2、OL3と比較して、高い位置精度が要求されるレンズである。
 レンズホルダ31に対するレンズOL1~OL3の組み込み方法は任意である。例えば、レンズOL3、及びレンズOL2をこの順で積層し、レンズOL2上にてレンズOL1を調芯し、レンズOL3、レンズOL2、及びレンズOL1を接着固定し、その後、レンズOL1~OL3の積層体をレンズホルダ31内に圧入すると良い。なお、圧入以外の方法でレンズホルダ31に対してレンズOL1~OL3を組み入れても良い。
 図40に示す各幅は、次のとおりである。W41:1mm、W42:1mm、W43:2mm、W44:6mm、W45:3mm。ピエゾ素子42は、一辺1mm程度の直方体である。ピエゾ素子42のサイズに関しては、駆動軸44の長さの1/2以下とすると良い。
 図41を参照して、筐体内における電気的な配線関係について説明を補足する。図41に示すように、ピエゾ素子42の電極端子42aは、リード線52aを介して実装基板85の接続端子86aに接続される。接続端子86aは、コイルチップ95aの一端に接続される。コイルチップ95aの他端は、接続端子87aに接続される。接続端子87aは、引出端子71に接続される。ピエゾ素子42の電極端子42bは、リード線52bを介して実装基板85の接続端子86bに接続される。接続端子86bは、コイルチップ95bの一端に接続される。コイルチップ95bの他端は、接続端子87bに接続される。接続端子87bは、引出端子72に接続される。
 上述の説明から明らかなように、本実施形態では、筐体20に設けられた引出端子71とピエゾ素子42の電極端子42a間にコイルチップ95aが接続される。同様に、筐体20に設けられた引出端子72とピエゾ素子42の電極端子42b間にコイルチップ95bが接続される。
 この構成を採用することによって、カメラモジュール150の製造者側にて適切な特性のコイルチップ95を組み込むことが可能になる。換言すると、カメラモジュールの製造者側にてピエゾ素子42の駆動回路を組み込まなく、その購入者側にてピエゾ素子42の駆動回路を組み込む場合であっても、その購入者側が過度なコイル選定作業を負うことがない。これによって、ユーザーフレンドリーであり、かつ高性能な動作特性を有するカメラモジュールを実現することが可能になる。
 第1実施形態における説明から明らかなように、ピエゾ素子42に対してコイルチップ95を接続することによって、カメラモジュール150の動作特性が向上する。しかしながら、カメラモジュール150の駆動回路を適切に構成しなければ、意図したようなカメラモジュール150の動作特性を確保することは難しい。
 冒頭で説明したように、インダクタ等の付加的な回路素子をピエゾ素子に対して接続する場合には、選定するインダクタによって、カメラモジュールの製造者が提示するカメラモジュールの動作特性を得ることが容易ではない場合もある。インダクタの種類も多数あるため、どのインダクタを採用すれば意図したカメラモジュールの動作特性を確保することができるかは、試行錯誤の動作検証を通じてでなければ分からないことも多い。また、個々のインダクタの特性に限らず、回路素子間の相性に応じて、駆動回路の全体特性が変動してしまう場合もありうる。
 本実施形態では、上述のように、筐体20に設けられた引出端子71とピエゾ素子42の電極端子42a間にコイルチップ95aが接続される。同様に、筐体20に設けられた引出端子72とピエゾ素子42の電極端子42b間にコイルチップ95bが接続される。この構成を採用することによって、カメラモジュールの製造者側にて適切な特性のコイルを組み込むことが可能になり、カメラモジュールの購入者側にて、別途、コイルを選定して実装する必要がなくなる。
 カメラモジュールの動作特性に大きな影響を与えうる回路素子を予め組み込んでカメラモジュールを出荷可能とすることによって、カメラモジュールの購入者は、カメラモジュールの駆動回路の残りの部分を用意すれば良いだけになる。これによって、カメラモジュールの購入者側にて、カメラモジュールの製造者側で提示するカメラモジュールの動作特性を簡易に実現することが可能になる。
 カメラモジュール150は、図42に示す携帯電話190内に搭載される。携帯電話190は、上側本体191、下側本体192、及びヒンジ193を有する。上側本体191と下側本体192とは、共にプラスチック製の平板部材であって、ヒンジ193を介して連結される。上側本体191は、その内面に表示部194を有する。下側本体192は、その内面に複数のボタン195を有する。携帯電話190の操作者は、ボタン195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190を意図したように操作する。携帯電話190の操作者は、このボタン195を操作することに基づいて、携帯電話190内のカメラモジュール150を起動する。
 第1実施形態の図10に示した駆動構成を本実施形態にも適用することができる。好適には、コントローラ80に対して、レンズホルダ31の移動速度を調整する機能を付加すると良い。コントローラ80は、画像取得部(イメージセンサ12)から伝送される画像に対する処理に基づいて、レンズホルダ31が合焦位置にあるか否かを判断し、また、レンズホルダ31を合焦状態とするために、レンズホルダ31の移動方向、移動量を算出する。コントローラ80は、合焦位置から離れた位置から合焦位置へレンズホルダ31を移動させる場合、レンズホルダ31が高速に移動するように駆動電圧生成回路182を制御する。コントローラ80は、合焦位置に近い距離内で合焦位置へレンズホルダ31を移動させる場合、レンズホルダ31が低速で移動するように駆動電圧生成回路182を制御する。駆動電圧生成回路81は、コントローラ80から供給される制御信号に応じて、ピエゾ素子42に対してノコギリ波形状の駆動電圧を供給する。なお、駆動電圧生成回路81の具体的な構成は任意である。ピエゾ素子42は、駆動電圧生成回路81から供給されるノコギリ波形状の駆動電圧に応じて伸縮し、振動を生じさせる。ピエゾ素子42で生じる振動に応じて、レンズホルダ31は、光軸AXに沿って物体側又は撮像素子側へ変位する。なお、レンズOL1~OL3の光軸AXは、イメージセンサ12の前面に対して垂直に交差している。
 [第3実施形態]
 図43乃至図48を参照して第3実施形態について説明する。本実施形態では、第2実施形態とは異なり、実装基板85上に導電パターンを形成し、これによってコイルを形成する。このような場合であっても、上述の実施形態で説明してものと同様の効果を得ることができる。本実施形態では、コイルチップ95分の自由空間を筐体20内に確保することができる。これによって、筐体20のサイズを小型化することが簡易になる。
 図43乃至図45に示すように、実装基板85は、上述の実施形態と同様、筐体20の側壁21cの内側側面に対して面接触するように筐体20内に配置される。筐体20に対するコイル実装基板90の取付によって、第2実施形態で説明したように、引出端子71、72と接続端子87a、87bらが対向配置され、両者の電気的な接続を簡易に確保することができる。また、実装基板85の一辺に沿って、接続端子87b、接続端子86b、接続端子87a、接続端子86aが順次配置されているので、第2実施形態で説明したように、互いに隣り合う接続端子86と接続端子87間の短絡を抑制することができる。
 z軸方向における実装基板85の幅は、筐体20の側壁21bと側壁21d間の間隔よりも若干狭い。従って、コイル実装基板90を簡易に筐体20内に配置することができる。
 コイル実装基板90は、梁部27が設けられていない筐体20の側壁21に対して取り付けると良い。これによって、コイル実装基板90の面積をより広く確保することができ、十分なインダクタンスを確保することが容易になる。
 コイル実装基板90は、ピエゾ素子42が近傍に配置されていない筐体20の側壁21に対して取り付けると良い。筐体20内にて空間的に余裕がある場所にコイル実装基板90を取り付けることによって、z軸方向における筐体20のサイズが大きくなってしまうことを効果的に抑制することができる。
 なお、筐体20に対してコイル実装基板90を固定する方法は任意である。例えば、コイル実装基板90が内側へ倒れることを抑止する構造を筐体20に設けると良い。引出端子71、72と接続端子87間の半田付けによって、筐体20に対してコイル実装基板90を固定しても良い。
 図46に示すように、コイル実装基板90の実装基板85の主面には、パターン配線領域90pが設けられている。図47に示すように、パターン配線領域90p内では、導電層がパターニングされている。図面を正面視すると、導電線90qは、接続端子86aを基点として実装基板の右横方向に延在する。次に、導電線90qは、縦下方向に延在する。次に、導電線90qは、折り返して、隣り合う導電線に対して一定の間隔をあけて、縦上方向に延在する。次に、導電線90qは、折り返して、隣り合う導電線に対して一定の間隔をあけて、縦下方向に延在する。導電線90qは、延在、折り返しを繰り返し、全体として巻き線を構成する。このようにして、実装基板85には配線パターンから成るコイルが実装される。
 なお、導電線90qは、実装基板85の内層に形成されても良いし、実装基板85の表面上に形成されても良い。実装基板85の内層にて導電線90qを引き回すことによって、実装基板85内にてコイルを保護することが可能になる。これによって、ゴミ等の影響によって、コイルの機能が損なわれたりすることを効果的に抑制することができる。
 接続端子86bと接続端子87b間にも、接続端子86aと接続端子87a間と同様に、導電線によってコイルが接続されているものとする。例えば、実装基板85の一方の主面上に、接続端子86aと接続端子87a間に接続されるコイルを配線パターンで構成し、実装基板85の他方の主面上に、接続端子86bと接続端子87b間に接続されるコイルを配線パターンで構成すれば良い。
 実装基板85内の配線層でコイルを形成する場合には、配線基板10の一方の主面側に、接続端子86aと接続端子87a間に接続されるコイルを配線パターンで構成し、実装基板85の他方の主面側に、接続端子86bと接続端子87b間に接続されるコイルを配線パターンで構成すれば良い。
 変形例に係るコイル実装基板90を、図48に示す。図48に示すように接続端子87を配置しても良い。この場合も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。接続端子87の配置位置は、引出端子71、72の配置位置に対応していれば良い。図48を正面視して、接続端子87を実装基板の下辺側へ設ける場合、接続端子86と接続端子87間の短絡を防止するため、引出端子71の胴部71bの高さ(胴部71bのy軸方向の長さ)を低くすると良い。本変形例から明らかなように、接続端子86、87を設ける位置は適宜変更可能である。
 [第4実施形態]
 図49乃至図53を参照して第3実施形態について説明する。本実施形態では、第3実施形態とは異なり、コイル実装基板90の実装基板85は、板状部材が屈曲して構成される。このような場合であって、上述の実施形態で説明したものと同様の効果を得ることができる。本実施形態においても、コイルチップ95分の自由空間を筐体20内に確保することができる。これによって、筐体20のサイズを小型化することが簡易になる。
 図49乃至図51に示すように、コイル実装基板90の実装基板85は、板状部材が屈曲した形状を有する。コイル実装基板90は、上述の実施形態と同様の態様によって筐体20内に収納される。端子間の電気接続が確保される点は、上述の実施形態と同様である。
 実装基板85は、z軸方向に延在する平板部85m、x軸方向に延在する平板部85n、及び平板部85mと平板部85n間を連結する連結部85zを有する。平板部85mは、筐体20の側壁21cの内側面に対して面接触する。平板部85nは、筐体の側壁21bの内側面に対して面接触する。
 図52に示すように、実装基板85の内側面には、パターン配線領域90pが形成されている。パターン配線領域90pには、第2実施形態で説明したものと同様の態様により導電線が引き回されている。
 上述の説明から明らかなように、本実施形態では、筐体20が有する4面に含まれる隣り合う2面に対応して、実装基板85を屈曲させている。これによって、より広い範囲で導電線を引き回すことが可能になり、より十分なインダクタンスを得ることが可能になる。
 なお、接続端子86aと接続端子87a間を接続する配線パターンを実装基板85上に形成するか実装基板85内の配線層に形成するかどうかは任意である。接続端子86bと接続端子87b間を接続する配線パターンについても同様である。
 実装基板85の屈曲形状は、次のように表現することも可能である。実装基板85は、梁部27が設けられている筐体20の角部に対向する角部を基点として、梁部27が設けられている角部側へ、筐体20の内側面に沿って延在する。これにより、実装基板85は、筐体20の側壁21cと側壁21bの各内面に沿って延在する。これによって、実装基板85上にて十分なサイズのインダクタンスを確保することが可能/容易になる。
 本実施形態でも、第3実施形態と同様、コイル実装基板90は、ピエゾ素子42が近傍に配置されていない筐体20の側壁21に対して取り付けられる。筐体20内にて空間的に余裕がある場所にコイル実装基板90を取り付けることによって、z軸方向における筐体20のサイズが大きくなってしまうことを効果的に抑制することができる。
 図53に変形例に係るコイル実装基板90を示す。図53に示すように接続端子87を配置しても良い。この場合も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。接続端子87の配置位置は、引出端子71、72の配置位置に対応していれば良い。図53を正面視して、接続端子87を実装基板の下辺側へ設ける場合、接続端子86と接続端子87間の短絡を防止するため、引出端子71の胴部71bの高さ(胴部71bのy軸方向の長さ)を低くすると良い。本変形例から明らかなように、接続端子86、87を設ける位置は適宜変更可能である。
 [第5実施形態]
 図54を参照して第5実施形態について説明する。図54に示すカメラモジュール150では、上述の実施形態で説明した駆動方式とは異なる駆動方式に基づいてレンズホルダ31を変位させる。この場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
 図54に示すように、筐体20に対してピエゾ素子42が位置的に固定されている。透明基板13上にピエゾ素子42が載置されることによって、ピエゾ素子42は、筐体20との関係において位置的に固定されている。駆動軸44は、ピエゾ素子42の上面に対して接着剤60を介して固定されている。また、蓋50に対して駆動軸44の上端部分が固定されている。
 レンズホルダ31は、軸保持部45を介して、駆動軸44に対して上下移動可能な状態で係合している。軸保持部45は、軸保持部45が駆動軸44上を摺動可能な状態で駆動軸44に対して係合している。ピエゾ素子42の駆動に応じて、レンズホルダ31は、駆動軸44上をy軸に沿って移動する。なお、透明基板13は、バンプBPを介して、配線基板10に対して電気的に接続されている。
 ピエゾ素子42に対してノコギリ歯状の駆動電圧波形を印加すると、レンズホルダ31は、上述の実施形態とは異なる挙動を示す。具体的には、緩慢に駆動電圧が降下するとき、レンズホルダ31は変位し、急峻に駆動電圧が上昇するとき、レンズホルダ31は変位しない。このようにレンズホルダ31の駆動方式が異なる場合であっても、上述の実施形態に開示された発明を適用することができる。なお、本実施形態の場合にも、上述の実施形態と同様の駆動電圧生成回路を用いることができる。発明者らの検討によれば、本実施形態の場合にも、若干の利得(ゲイン)が得られることが確認されている。本実施形態では、駆動動作を反転させる時の突入電流を防止するためのコイルが必要になる場合がある。この場合であっても、上述の実施形態に開示された発明を適用することが可能である。
 なお、筐体20に対してピエゾ素子42のみを直接的に固定してもよい。筐体20に対して駆動軸44のみを直接的に固定してもよい。シート状ゴム等の弾性部材を介して、ピエゾ素子42を筐体20に対して固定してもよい。同様に、弾性部材を介して、駆動軸44を筐体20に対して固定してもよい。
 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。駆動装置の動作方式は任意である。固定側部材に対して、ピエゾ素子42又は駆動軸44を固定し、固定側部材に対して固定状態の駆動軸44上をレンズホルダ31が摺動するタイプの駆動装置に本発明を適用しても良い。この方式では、ピエゾ素子と駆動軸44も固定側部材となる。
 パターン配線にてコイルを形成する具体的な態様は任意である。渦巻き状に導電パターンを形成しても良い。
 本出願は、2010年2月12日に出願された日本出願特願2010-029422、及び2010年6月24日に出願された日本出願特願2010-144193を基礎とする優先権を主張し、これらの開示の全てをここに取り込む。
150  カメラモジュール
10  配線基板
11  コネクタ
12  イメージセンサ
13  透明基板
20  筐体
22  隔壁部
24  レール
30  レンズユニット
31  レンズホルダ
32  連結部
42  ピエゾ素子
44  駆動軸
45  軸保持部
50  蓋
52  リード線
60  接着剤
70  金属板
72  リード線
80  コントローラ
81  駆動電圧生成回路
90  コイル実装基板
91、92  コイル
95  コイルチップ

Claims (14)

  1.  固定側部材と、
     前記固定側部材に対して移動可能な状態で、前記固定側部材に対して係合したレンズホルダと、
     前記レンズホルダに対して直接又は間接的に位置固定され、駆動電圧に応じて伸縮するピエゾ素子と、
     前記レンズホルダに対して直接又は間接的に位置固定され、前記圧電素子で生じる振動を受ける駆動軸と、
     前記駆動軸の長手方向に沿って前記駆動軸が摺動可能な状態で前記駆動軸を保持し、前記固定側部材に対して固定された軸保持部と、
      前記ピエゾ素子の一方側電極から、誘導性素子を介して、前記ピエゾ素子に対して前記駆動電圧を印加する第1駆動回路と、前記ピエゾ素子の他方側から、誘導性素子を介して、前記ピエゾ素子に対して前記駆動電圧を印加する第2駆動回路と、を含む駆動電圧生成回路と、
     を備え、
     前記レンズホルダは、相対的に急峻に前記駆動電圧が変化する期間に変位し、相対的に緩慢に前記駆動電圧が変化する期間に変位せず、
     前記駆動電圧の周波数は、前記第1および第2駆動回路に含まれるスイッチ抵抗、前記ピエゾ素子の容量、および、前記誘導性素子のインダクタンス、の相互作用によって利得がゼロdBより大きくなる周波数レンジから選定される、駆動装置。
  2.  前記駆動電圧生成回路は、
     前記ピエゾ素子の一方電極側に設けられた第1誘電性素子と、
     前記ピエゾ素子の他方電極側に設けられた第2誘電性素子と、を含み、
     前記第1駆動回路は、前記第1及び第2誘電性素子を介して前記ピエゾ素子に正の駆動電圧を印加し、
     前記第2駆動回路は、前記第1及び第2誘電性素子を介して前記ピエゾ素子に負の駆動電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3.  前記駆動電圧の周波数は、前記第1および第2駆動回路に含まれるスイッチ抵抗、前記ピエゾ素子の容量、および、前記誘導性素子のインダクタンス、の相互作用によって利得が2dBより大きくなる周波数レンジから選定され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.  前記駆動電圧の周波数は、前記第1および第2駆動回路に含まれるスイッチ抵抗、前記ピエゾ素子の容量、および、前記誘導性素子のインダクタンス、の相互作用によって利得がゼロより大きくなる周波数レンジであって、かつ、共振点の周波数の前後10%は除外した周波数レンジから選定されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の駆動装置。
  5.  前記駆動電圧の周波数は、前記第1および第2駆動回路に含まれるスイッチ抵抗、前記ピエゾ素子の容量、および、前記誘導性素子のインダクタンス、の相互作用によって利得がゼロより大きくなる周波数レンジであって、かつ、共振点の周波数より小さい周波数レンジから選定され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.  前記駆動電圧生成回路は、Hブリッジ回路であって、前記Hブリッジ回路の第1の出力端子と第2の出力端子との間を接続する結合線を含み、
     前記ピエゾ素子は前記結合線に配置され、
     前記結合線には、前記ピエゾ素子を間にして二つの誘電性素子が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の駆動装置。
  7.  前記ピエゾ素子が有する一組の電極端子に対して一端が接続され、他端が前記固定側部材に対して接続される一組の配線を更に備え、
     一組の前記配線の少なくとも一方は、前記駆動電圧生成回路に含まれる回路素子を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の駆動装置。
  8.  前記回路素子は、チップ状又は配線パターンから成るコイルであることを特徴とする請求項7に記載の駆動装置。
  9.  前記コイルを具備する実装基板を更に備えることを特徴とする請求項8に記載の駆動装置。
  10.  前記固定側部材は、前記レンズホルダを外囲する外囲器を含み、
     前記外囲器は、前記一組の配線を外部へ接続する一組の引出端子を備え、
     前記実装基板は、前記外囲器の内側に配置されていることを特徴とする請求項9に記載の駆動装置。
  11.  前記実装基板は、一組の前記引出端子に接続される一組の接続端子を備え、
     前記外囲器内に前記実装基板が配置されたとき、一組の前記引出端子と一組の前記接続端子は、互いに対向配置されることを特徴とする請求項10に記載の駆動装置。
  12.  前記外囲器は、複数の側壁を備える多角形状の箱状部材であり、
     前記実装基板は、前記外囲器の第1側壁に沿って延在する第1基板部、および前記外囲器の第2側壁に沿って延在する第2基板部を備え、
     前記第1基板部及び前記第2基板部には、前記配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項11に記載の駆動装置。
  13.  請求項1乃至12のいずれか一項に記載の駆動装置と、
     前記レンズホルダにより保持されたレンズを介して入力する被写体を撮像する撮像手段と、
     を備える画像取得装置。
  14.  請求項13に記載の画像取得装置を備える電子機器。
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