(57)【要約】 【課題】  部品点数が少なく、安価で小型の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールを提供すること【解決手段】  レンズユニット１２とレンズユニットを移動させる積層型圧電アクチュエータと積層型圧電アクチュエータを固定する枠体１３で構成された積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールにおいて、レンズユニット１２とレンズユニット１２の中心点を中心に略直交する４方向に各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける最大変位量以下の長さのクリアランスを設けて配置された４つの積層型圧電アクチュエータと積層型圧電アクチュエータを固定する枠体１３を圧電セラミックスで一体化して形成し、積層型圧電アクチュエータに印加する電圧の向きおよび電圧の大きさを調整することでレンズユニット１２をレンズユニット１２の光軸方向における任意の方向に移動させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズユニットと前記レンズユニットを移動させる積層型圧電アクチュエータと前記積層型圧電アクチュエータを固定する枠体で構成された積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールにおいて、前記レンズユニットと前記レンズユニットの中心点を中心に同一平面上で隣どうしで略直交する４方向に各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける最大変位量以下の長さのクリアランスを設けて配置された４つの積層型圧電アクチュエータと前記積層型圧電アクチュエータを固定する枠体からなることを特徴とする積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュール。
【請求項２】
前記枠体と前記積層型圧電アクチュエータは圧電セラミックスで形成され、前記枠体と前記積層型圧電アクチュエータが一体化して形成されたことを特徴とする請求項１記載の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュール。
【請求項３】
各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける一方の主面からもう一方の主面までの距離の略半分の寸法で、各々の前記積層型圧電アクチュエータの前記主面と前記もう一方の主面に平行な方向に複数の層を積層した独立に駆動できる２つの内部電極層を前記各々の前記積層型圧電アクチュエータの前記主面と前記もう一方の主面に備え、各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける一方の前記主面ともう一方の前記主面の各々に露出した前記内部電極層を電気的に接続し、前記積層型圧電アクチュエータを駆動する１対の外部電極を各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける一方の前記主面ともう一方の前記主面の各々に設け、各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける一方の前記主面ともう一方の前記主面の各々に露出した前記内部電極を１層おきに絶縁する絶縁体を設け、かつ、前記１対の外部電極の対になる第１の外部電極に電気的に接続した前記露出した前記内部電極と前記１対の外部電極の対になる第２の外部電極に電気的に接続した前記露出した前記内部電極とが前記主面に平行な方向に互い違いに絶縁する絶縁体を設けたことを特徴とする請求項１記載または請求項２記載の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュール。
【請求項４】
前記レンズユニットの中心点を中心に略直交する４方向に各々の前記積層型圧電アクチュエータにおいて、お互いに略向き合っている第１と第２の前記積層型圧電アクチュエータと略直交するお互いに略向き合っている第３と第４の前記積層型圧電アクチュエータに電界を印加しない状態を（ａ）工程とし、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つの独立した内部電極層の両方に分極方向と同相の電界を印加して、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータを伸長させて前記レンズユニットを挟持する状態を（ｂ）工程とし、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つの独立した内部電極層の一方の前記内部電極層に分極方向と同相の電圧を印加して、もう一方の前記内部電極層に前記分極方向と逆相の電圧を印加することで、前記一方の内部電極層側を凸に屈曲させてレンズユニットを移動させる状態を（ｃ）工程とし、前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つの独立した内部電極層の両方に分極方向と同相の電圧を印加して、前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータを伸長させてレンズユニットを挟持する状態を（ｄ）工程とし、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータに印加していた電圧を０にして積層型圧電アクチュエータが挟持していたレンズユニットを離す状態を（ｅ）工程とし、前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つの独立した内部電極層の一方の前記内部電極層は前記分極方向と同相に、もう一方の前記内部電極層は前記分極方向と逆相の電圧を印加することで、前記一方の内部電極層側を凸に屈曲させてレンズユニットを移動させる状態を（ｆ）工程とし、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つのの独立した内部電極層の両方に前記分極方向と同相の電圧を印加して、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータを伸長させて前記レンズユニットを挟持する状態を（ｇ）工程とし、前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータに印加していた電圧を０にして前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータが挟持していた前記レンズユニットを離す状態を（ｈ）工程とする場合に、前記（ｂ）工程から前記（ｈ）工程を繰り返すことで前記レンズユニットを前記レンズユニットの光軸方向における任意の方向に移動させる機能を備えたことを特徴とする請求項３記載の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラモジュールに関するもので、特に、デジタルカメラや携帯電話に用いられるカメラモジュールに好適な積層型圧電アクチュエータを用いてレンズユニットを駆動するカメラモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラの軽量、薄小化、低価格化に伴い、各構成部品にも同様の要求が強く求められている。デジタルカメラにはオートフォーカスや手振れ補正機能を持たせるためのレンズ駆動装置が搭載され、携帯電話にもオートフォーカス機能を有する小型カメラが搭載されるようになり、さらなる軽量、薄小なレンズの駆動装置が強く求められている。一般的に、このようなレンズ駆動装置には積層型圧電アクチュエータが駆動源として用いられる。
【０００３】
積層型圧電アクチュエータを駆動源とするレンズ駆動装置「カメラ 、ピント調整方法およびピント調整機構」が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたピント調整機構の原理を示す概略図を図４に示す。このピント調整機構では、電圧の印加で発生する積層型圧電素子３１の変位が、撮影光学系の光軸と略平行になるように積層型圧電素子３１を配置する。積層型圧電素子３１の先端面と当接し、積層型圧電素子３１の変位を拡大し、レンズ３３を保持するレンズ枠３４に拡大した変位を伝達し、レンズ枠３４を光軸方向に移動させるレバー３２とレンズ枠３４を案内する主ポール３５ａ、副ポール３５ｂとレンズ枠３４を付勢する付勢バネ３６とカメラ本体に固定されたストッパ３７で構成されるピント調整機構である。
【０００４】
このピント調整機構では、レンズ枠３４とレバー３２と積層型圧電素子３１が均衡した固定状態にある。積層型圧電素子３１に設定した繰り出し量に応じた電圧を駆動回路により印加すると、積層型圧電素子３１が、レバー３２の凸部３２ｂを押す方向（図中矢印Ａ方向）に変位が発生し、レバー３２は回転支持点３２ａを軸として反時計回りに僅かに回転し、回転支点３２ａからの各凸部３２ｂ、３２ｃまでの距離に応じた拡大比で変位が拡大し、レバー３２の凸部３２ｃがレンズ枠３４の突き出し部３４ｃを押圧し、レンズ枠３４が主ポール３５ａ及び副ポール３５ｂに案内され、図中矢印Ｂ方向に移動する。このようなピント調整機構により、レンズを所定の場所に移動させることで、ピントを合わせる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２６４９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１のピント調整機構は、積層型圧電アクチュエータ３１とレンズ３３の他にレバー３２、付勢バネ３６、主及び副ポール３５ａ，３５ｂ等を必要とし、部品点数が増え、小型化、低コスト化に不利な構造である。また、レバーの積層型圧電アクチュエータに当接する凸部３２ｂからレバーの回転支点３２ａまでの距離とレバーのレンズ枠突き出し部３４ｃからレバーの回転支点３２ａまでの距離の比に対応して積層型圧電アクチュエータの変位が拡大する原理に基づいているので、積層型圧電アクチュエータの変位量を確保するためのレバーの小型化に制約があり、ピント調整機構の小型化には限界があるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、部品点数が少なく、安価で小型の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための第１の発明は、レンズユニットと前記レンズユニットを移動させる積層型圧電アクチュエータと前記積層型圧電アクチュエータを固定する枠体で構成された積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールにおいて、前記レンズユニットと前記レンズユニットの中心点を中心に同一平面上で隣どうしで略直交する４方向に各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける最大変位量以下の長さのクリアランスを設けて配置された４つの積層型圧電アクチュエータと前記積層型圧電アクチュエータを固定する枠体からなる積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールである。
【０００９】
上記目的を達成するための第２の発明は、前記枠体と前記積層型圧電アクチュエータは圧電セラミックスで形成され、前記枠体と前記積層型圧電アクチュエータが一体化して形成された積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールである。
【００１０】
上記目的を達成するための第３の発明は、各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける一方の主面からもう一方の主面までの距離の略半分の寸法で、各々の前記積層型圧電アクチュエータの前記主面と前記もう一方の主面に平行な方向に複数の層を積層した独立に駆動できる２つの内部電極層を前記各々の前記積層型圧電アクチュエータの前記主面と前記もう一方の主面に備え、各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける一方の前記主面ともう一方の前記主面の各々に露出した前記内部電極層を電気的に接続し、前記積層型圧電アクチュエータを駆動する１対の外部電極を各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける一方の前記主面ともう一方の前記主面の各々に設け、各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける一方の前記主面ともう一方の前記主面の各々に露出した前記内部電極を１層おきに絶縁する絶縁体を設け、かつ、前記１対の外部電極の対になる第１の外部電極に電気的に接続した前記露出した前記内部電極と前記１対の外部電極の対になる第２の外部電極に電気的に接続した前記露出した前記内部電極とが前記主面に平行な方向に互い違いに絶縁する絶縁体を設けた積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールである。
【００１１】
上記目的を達成するための第４の発明は、前記レンズユニットの中心点を中心に略直交する４方向に各々の前記積層型圧電アクチュエータにおいて、お互いに略向き合っている第１と第２の前記積層型圧電アクチュエータと略直交するお互いに略向き合っている第３と第４の前記積層型圧電アクチュエータに電界を印加しない状態を（ａ）工程とし、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つの独立した内部電極層の両方に分極方向と同相の電界を印加して、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータを伸長させて前記レンズユニットを挟持する状態を（ｂ）工程とし、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つの独立した内部電極層の一方の前記内部電極層に分極方向と同相の電圧を印加して、もう一方の前記内部電極層に前記分極方向と逆相の電圧を印加することで、前記一方の内部電極層側を凸に屈曲させてレンズユニットを移動させる状態を（ｃ）工程とし、前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つの独立した内部電極層の両方に分極方向と同相の電圧を印加して、前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータを伸長させてレンズユニットを挟持する状態を（ｄ）工程とし、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータに印加していた電圧を０にして積層型圧電アクチュエータが挟持していたレンズユニットを離す状態を（ｅ）工程とし、前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つの独立した内部電極層の一方の前記内部電極層は前記分極方向と同相に、もう一方の前記内部電極層は前記分極方向と逆相の電圧を印加することで、前記一方の内部電極層側を凸に屈曲させてレンズユニットを移動させる状態を（ｆ）工程とし、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータの各々にある２つのの独立した内部電極層の両方に前記分極方向と同相の電圧を印加して、前記第１と前記第２の積層型圧電アクチュエータを伸長させて前記レンズユニットを挟持する状態を（ｇ）工程とし、前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータに印加していた電圧を０にして前記第３と前記第４の積層型圧電アクチュエータが挟持していた前記レンズユニットを離す状態を（ｈ）工程とする場合に、前記（ｂ）工程から前記（ｈ）工程を繰り返すことで前記レンズユニットを前記レンズユニットの光軸方向における任意の方向に移動させる機能を備えた積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レンズユニットとレンズユニットを移動させる積層型圧電アクチュエータと積層型圧電アクチュエータを固定する枠体で構成された積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールにおいて、レンズユニットとレンズユニットの中心点を中心に同一平面上で隣どうしで略直交する４方向に各々の前記積層型圧電アクチュエータにおける最大変位量以下の長さのクリアランスを設けて配置された４つの積層型圧電アクチュエータと積層型圧電アクチュエータを固定する枠体を圧電セラミックスで一体化して形成することで、従来のピント調整機構に必要であったレバー、付勢バネ、ポール等の部品を削減でき、ピント調整機構の小型化の制約をなくすことができる。
【００１３】
また、積層型圧電アクチュエータに印加する電圧の向きおよび電圧の大きさを調整することでレンズユニットをレンズユニットの光軸方向における任意の方向に移動させる機能を備えた積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールを実現できる。
【００１４】
その結果、部品点数が少なく、安価で小型の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールの提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態に係る積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールを以下に図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールの概略を示したもので、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は上面図である。図２は、本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールにおける個々の積層型圧電アクチュエータの概略を示したもので、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は上面図である。図３は、本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールのレンズユニットに対する各積層型圧電アクチュエータの動作状態を示し、各動作ステップの状態を示す図３（ａ）〜図３（ｈ）を正面図（左側）と側面図（右側）で示す。
【００１７】
図１に示すように、本発明を実施するための最良の形態に係る積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールでは、レンズユニット１２の中心点を中心に第１の積層型圧電アクチュエータ１１ａ、第２の積層型圧電アクチュエータ１１ｂ、第３の積層型圧電アクチュエータ１１ｃ、第４の積層型圧電アクチュエータ１１ｄが、同一平面上で隣どうしでお互いに略直交かつレンズユニット１２を四方から囲むように配置する。これら４つの積層型圧電アクチュエータ１１a、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを枠体１３に固定すると共に、積層型圧電アクチュエータにおける最大変位量以下の長さのクリアランスを設けてレンズユニット１２と積層型圧電アクチュエータ１１a、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを配置する。
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態に係る積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールでは、図２に示すように、圧電セラミックス２８の一方の主面からもう一方の主面までの距離の略半分の寸法で、内部電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄから成る内部電極層２１と内部電極２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから成る内部電極層２３の独立した２つの内部電極層を形成する。内部電極層２１が露出している主面上には、１対の外部電極２５ａ、２５ｂが形成され、内部電極を１層おきにかつ１対の外部電極が互い違いになるように絶縁層２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを形成する。
【００１９】
その結果、外部電極２５ａと内部電極２２ａと２２ｃとの絶縁ができ、外部電極２５ｂと内部電極２２ｂと２２ｄとの絶縁が可能になる。この様な状態で、正負の電圧を１対の外部電極に印加すると、内部電極にはさまれた各圧電セラミックス層の全体に電圧を印加でき、分極処理および駆動ができる。
【００２０】
同様に、内部電極層２３が露出しているもう一方の主面上にも、１対の外部電極２６ａ、２６ｂが形成され、内部電極を１層おきにかつ１対の外部電極に互い違いになるように絶縁層２７ｅ、２７ｆ（図示省略）、２７ｇ、２７ｈ（図示省略）を形成し、外部電極２６ａと内部電極２４ａと２４ｃとの絶縁ができ、外部電極２６ｂと内部電極２４ｂと２４ｄとの絶縁が可能になり、内部電極層２３の層の間にある圧電セラミックスを駆動できる。
【００２１】
このようにして得られた積層型圧電アクチュエータは、内部電極層２１と内部電極層２３を独立に駆動できる。内部電極層２１に分極と同相の電圧を印加すると、圧電セラミックスは伸長し、内部電極層２３に分極と同相の電圧を印加すると、圧電セラミックスは伸長し、アクチュエータ全体としても伸長する。
【００２２】
一方、内部電極層２１に分極と同相の電圧を印加し、内部電極層２３に分極と逆相の電圧を印加すると、内部電極層２１の圧電セラミックスは伸長し、内部電極層２３の圧電セラミックスは縮小するので、アクチュエータ全体としては内部電極層２１側が凸になるように屈曲する。この２つの駆動モードを利用することで、レンズユニットを移動できる。
【００２３】
レンズユニットの移動は、図３に示すような初期状態（ａ）工程から、第１および第２の積層型圧電アクチュエータを伸長するように電圧を印加することで、２つの積層型圧電アクチュエータがレンズユニットを挟んで保持する工程（ｂ）に移る。
【００２４】
次に、この状態から第１および第２の積層型圧電アクチュエータを同じ向きに屈曲するように電圧を印加することで、屈曲運動に伴いレンズユニットが移動する（ｃ）工程に移る。この状態で第３および第４の積層型圧電アクチュエータを伸長するように電圧を印加すると、この２つの積層型圧電アクチュエータがレンズユニットを挟んで保持する（ｄ）工程に移る。この状態で、第１および第２の積層型圧電アクチュエータに印加していた電圧を０に戻すとレンズユニットから離れる。なお、第３および第４の積層型圧電アクチュエータがレンズユニットを挟むので、レンズユニットは初期状態から移動した状態を維持する（ｅ）工程に移る。その後、第３および第４の積層型圧電アクチュエータを同じ向きに屈曲するように電圧を印加すると、屈曲運動に伴ってレンズユニットが移動する（ｆ）工程に移る。
【００２５】
次に、第１および第２の積層型圧電アクチュエータを伸長するように電圧を印加すると、この２つの積層型圧電アクチュエータでレンズユニットを挟んで保持する（ｇ）工程に移る。その後、第３および第４の積層型圧電アクチュエータに印加していた電圧を０にすると、レンズユニットから離れる。なお、第１および第２の積層型圧電アクチュエータでレンズユニットを挟んでいるので、レンズユニットは移動した状態を維持する（ｈ）工程に移る。このような動作（ｂ）から（ｈ）までを繰り返すことで、レンズユニットを移動できる。
【００２６】
また、積層型圧電アクチュエータの屈曲方向を逆にすればレンズユニットも逆方向に移動できる。
【００２７】
なお、積層型圧電アクチュエータに挟持できる位置であれば、レンズユニットを移動できる。理論上はレンズユニットの長さ分移動でき、積層型圧電アクチュエータ以外の部品を使わずとも大きな移動量を得ることが可能になる。
【００２８】
更に、本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールに使用される積層型圧電アクチュエータは薄い板状で作成でき、レンズユニット以外の駆動部を非常に薄くでき、デジタルカメラの薄型化に極めて有利になる。
【００２９】
また、一般的な積層セラミックスのグリーンシート上に内部電極をスクリーンで印刷し、一体焼成する積層セラミックコンデンサの製造方法を用いて製造できるので、積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールを大量かつ安価に製造することが可能になる。
【００３０】
以上に示したように、本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールは、部品点数が少なく、安価な積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールの提供を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールの概略を示す図。図１(a) は斜視図。図１(b)は上面図。
【図２】本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールにおける個々の積層型圧電アクチュエータの概略を示す図。図２（ａ）は断面図。図２（ｂ）は上面図。
【図３】本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュールのレンズユニットに対する各積層型圧電アクチュエータの動作状態を示す図。図３（ａ）〜図３（ｈ）は、各動作ステップの状態の正面図と側面図。
【図４】特許文献１に開示されたピント調整機構の原理を示す概略図。
【符号の説明】
【００３２】
１    本発明の積層型圧電アクチュエータを用いたカメラモジュール
２    本発明で用いられる積層型圧電アクチュエータ
３    従来のカメラモジュール
１１ａ    第１の積層型圧電アクチュエータ
１１ｂ    第２の積層型圧電アクチュエータ
１１ｃ    第３の積層型圧電アクチュエータ
１１ｄ    第４の積層型圧電アクチュエータ
１２    レンズユニット
１３    枠体
２１    内部電極層（上層）
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ    内部電極
２３    内部電極層（下層）
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ    内部電極
２５ａ，２５ｂ    外部電極（上層の内部電極層駆動用）
２６ａ，２６ｂ    外部電極（下層の内部電極層駆動用）  
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７e，２７ｆ，２７ｇ，２７ｈ    絶縁層
２８    圧電セラミックス
３１    積層圧電素子（アクチュエータ）
３１ａ    引き出し線（プラス極）
３１ｂ    引き出し線（マイナス極）
３２    レバー
３２ａ    回転支点
３２ｂ    （アクチュエータが当接する）凸部
３２ｃ    （レンズ枠凸部に当接する）凸部
３３    レンズ
３４    レンズ枠
３４ａ    レンズを保持する円筒部
３４ｂ    副ポールが貫通する凸部
３４ｃ    突き出し部
３４ｄ    主ポールが貫通する凸部
３５ａ    主ポール
３５ｂ    副ポール
３６    付勢バネ
３７    ストッパ
【図１】
2006330559.tif 000003
【図２】
2006330559.tif 000004
【図３】
2006330559.tif 000005
【図４】
2006330559.tif 000006