JP2013200366A - カメラモジュールおよびカメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサを移動させることが可能であり、しかも口径の大きいレンズやズームなどの大型レンズの搭載を可能とするカメラモジュールおよびカメラを提供する。
【解決手段】アクチュエータ部は、撮像素子の一端部が固定された、往復移動に応じて移動可能な可動ジョイント部と、一端部が可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が固定され、撮像素子を可動ジョイント部の移動に連動した目標位置に保持する平行リンク機構部と、一端部が、可動ジョイント部と平行リンク機構部の一端部との結合領域部に対して変位運動を伝達可能に結合され、印加される駆動電圧のレベルに応じた変位量をもって変位して撮像素子を光軸方向における第１位置と第２位置間を往復運動させる可動子と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、イメージセンサを光軸方向に動かして焦点調整を行うことが可能なカメラモジュールおよびカメラ装置に関するものである。

携帯電話などのモバイル機器に使用されるカメラモジュールのオートフォーカス機構は、レンズを移動させる方式が一般的であり、その移動を行うための様々なアクチュエータも、レンズ駆動が前提となって開発が進められてきた。

一方、カメラの性能としては高感度化のために、レンズの口径を可能な限り大きくする要求が生じたが、モジュールとしては小型化を追求されるため、レンズ駆動式のアクチュエータでは対応しきれなくなってきている。

図１は、一般的なＶＣＭ（ボイスコイルモータ：Voice Coil Motor）アクチュエータ方式の小型カメラモジュールを示す図である。

図１のカメラモジュール１は、複数枚のレンズにより形成されるレンズ系２、レンズ系２の光軸をあわせて保持するレンズホルダ３、レンズホルダ３の外周側に配置されたヨーク、マグネット、コイルを含むＶＣＭアクチュエータ４を有する。
カメラモジュール１は、イメージセンサ５が、カメラモジュール１のハウジング６の底面６Ｂに配置される基板７に貼り付けられ、レンズ系２が、ＶＣＭアクチュエータ４によって、光軸方向に移動する構造を有する。

特開昭５９−０１１０７１号公報

ところが、上記構造においては、ＶＣＭの機構を入れ込むために、レンズの大きさには制限がある。
たとえば、８．５ｍｍ×８．５ｍｍの大きさのカメラモジュールで、ＶＣＭを含む一般的なレンズ駆動式アクチュエータを使った場合、レンズの大きさは直径６．５ｍｍまでがほぼ限界とされている。
市場の要求としては、このレンズ口径を７ｍｍや７．５ｍｍとすることで、より高感度の性能を求めているのであるが、これに対応できる現実的なアクチュエータは未だ提案されていない。

レンズを駆動する代わりに、レンズを固定してイメージセンサを移動する方式も以前から存在している（特許文献１参照）。
しかし、昨今のモバイル機器に搭載される小型カメラモジュールでは、レンズからイメージセンサまでの空間が狭く、ここに従来のアクチュエータを配置してイメージセンサを移動させることは、物理的に極めて困難である。

本発明は、イメージセンサを移動させることが可能であり、しかも口径の大きいレンズやズームなどの大型レンズの搭載を可能とするカメラモジュールおよびカメラ装置を提供することにある。

本発明の第１の観点のカメラモジュールは、少なくとも一端部側が開口されたハウジングと、被写体像を撮像するための撮像素子と、上記ハウジングに固定され、当該ハウジングの開口を通して被写体像を上記撮像素子に結像するレンズと、上記撮像素子を上記レンズの光軸方向における第１位置と第２位置間を往復移動させるアクチュエータ部と、を有し、上記アクチュエータ部は、上記撮像素子の一端部が固定された、上記往復移動に応じて移動可能な可動ジョイント部と、一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が固定され、上記撮像素子を上記可動ジョイント部の移動に連動した目標位置に保持する平行リンク機構部と、一端部が、上記可動ジョイント部と上記平行リンク機構部の一端部との結合領域部に対して変位運動を伝達可能に結合され、印加される駆動電圧のレベルに応じた変位量をもって変位して上記撮像素子を光軸方向における第１位置と第２位置間を往復運動させる可動子と、を含む。

本発明の第２の観点のカメラ装置は、被写体象を撮像するカメラモジュールと、上記カメラモジュールを駆動制御する駆動部と、上記カメラモジュールによる信号を処理する信号処理部と、を有し、上記カメラモジュールは、少なくとも一端部側が開口されたハウジングと、被写体像を撮像するための撮像素子と、上記ハウジングに固定され、当該ハウジングの開口を通して被写体像を上記撮像素子に結像するレンズと、上記撮像素子を上記レンズの光軸方向における第１位置と第２位置間を往復移動させるアクチュエータ部と、を含み、上記アクチュエータ部は、上記撮像素子の一端部が固定された、上記往復移動に応じて移動可能な可動ジョイント部と、一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が固定され、上記撮像素子を上記可動ジョイント部の移動に連動した目標位置に保持する平行リンク機構部と、一端部が、上記可動ジョイント部と上記平行リンク機構部の一端部との結合領域部に対して変位運動を伝達可能に結合され、上記駆動部により印加される駆動電圧のレベルに応じた変位量をもって変位して上記撮像素子を光軸方向における第１位置と第２位置間を往復運動させる可動子と、を含む。

本発明によれば、イメージセンサを移動させることが可能であり、しかも口径の大きいレンズやズームなどの大型レンズを搭載可能になる。

一般的なＶＣＭ（ボイスコイルモータ）アクチュエータ方式の小型カメラモジュールを示す図である。 本実施形態に係るカメラモジュールの構成例を示す図である。 本実施形態に係るカメラモジュールの他の構成例を示す図である。 本実施形態に係る撮像素子がアクチュエータ部により往復移動される様子を模式的に示す図である。 本実施形態に係るアクチュエータ部の構成を説明するための図である。 本実施形態に係るＥＡＰシートとしての高分子アクチュエータの構成例を示す断面図である。 本実施形態に係る高分子アクチュエータの動作原理を説明するための第１図である。 本実施形態に係る高分子アクチュエータの動作原理を説明するための第２図である。 本実施形態に係る可動子の電極に駆動電圧を印加する駆動制御系の基本的な構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係る可動子（ＥＡＰシート）の好適な配置例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るカメラモジュールが適用されるカメラの構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．カメラモジュールの構成例
２．アクチュエータ部の構成例
３．カメラ装置の構成例

＜１．カメラモジュールの構成例＞
図２は、本実施形態に係るカメラモジュールの構成例を示す図である。

本カメラモジュール１００は、ハウジング１１０、レンズ１２０、撮像素子１３０、およびアクチュエータ部１４０を含んで構成されている。

ハウジング１１０は、一端部１１０ａ側に開口１１１が形成され、他端部１１０ｂおよび側部は閉塞された筒状に構成されている。
ハウジング１１０の内部において、開口１１１が形成された一端部１１０ａから中央部にかけて光軸ＯＸがハウジング１１０の軸と一致するようにしてレンズ１２０が固定されている。
なお、ハウジング１１０の開口１１１が形成された一端部１１０ａが撮像対象の被写体側ＯＢＪＳである。
さらに、ハウジング１１０内には、中央より他端部１１０ｂ側よりに撮像素子１３０が光軸ＯＸ方向に移動可能に配置されている。
そして、ハウジング１１０内において、撮像素子１３０を中心にしてレンズ１２０の配置側と反対側の他端部１１０ｂ側にアクチュエータ部１４０が配置されている。

ハウジング１１０は、他端部１１０ｂである底部１１２の外面部１１２ａが、たとえば図２に示すように、セット側（カメラ装置側）の主基板１５０に搭置される。

レンズ１２０は、１枚、あるいは複数枚の光学レンズにより形成され、被写体側ＯＢＪSの被写体象を撮像素子１３０の撮像面に結像させる。
レンズ１２０は、周縁部がハウジング１１０の内側壁に対して固定されている。
すなわち、本実施形態のカメラモジュール１００は、ハウジング１１０内に別個にレンズホルダを必要としない構成を有する。
図示しない別の実施例においては、あえてレンズホルダを有し、外周にオスネジ部を設け、図示しないハウジングメスネジ部に対し、回転可能な構造とすることもある。こうすることにより、レンズホルダを回転させることにより、レンズとイメージセンサの初期位置を微妙に調整可能となる。

撮像素子１３０は、レンズ１２０により形成され、被写体側ＯＢＪSの被写体象を撮像面１３１に受像し、光電変換する。
撮像素子１３０は、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子により形成される。

撮像素子１３０は、支持基板１３２に対して、撮像面１３１がレンズ１２０の光軸ＯＸに垂直となるように取り付けられている。
図２の構成では、撮像素子１３０は、支持基板１３２の中央部に形成された開口部１３２ａに撮像面１３１が位置するように、支持基板１３２のレンズ１２０の配置側と反対側の基板面１３２ｂに取り付けられている。
なお、この支持基板１３２に対する撮像素子１３０の取り付け構造は、図２の構成例に限らず、たとえば図３に示すように、支持基板１３２のレンズ１２０の配置側の基板面１３２ｃに取り付けるような構成も適用可能である。

本実施形態における撮像素子１３０は、後で詳述するように、アクチュエータ部１４０の移動制御により、光軸ＯＸ方向において第１位置と第２位置間の所定範囲で往復移動する。

図４（Ａ）および（Ｂ）は、本実施形態に係る撮像素子がアクチュエータ部により往復移動される様子を模式的に示す図である。
図４（Ａ）はいわよるマクロ撮影時の撮像素子１３０の位置を、図４（Ｂ）は無限遠撮影の場合の撮像素子１３０の位置を示している。
なお、図４は図３の構成を利用した模式図であるが、基本的には図２の構成においても同様である。
本実施形態の撮像素子１３０は、アクチュエータ部１４０による移動制御により、図４に示すように、光軸ＯＸ方向のおける第１位置ＰＳ１と第２位置ＰＳ２間を往復移動する。
基本的に、撮像素子１３０は第１位置ＰＳ１と第２位置ＰＳ２間でリニアに位置制御が行われる。

なお、図４の例では、位置制御の対象を撮像素子１３０の撮像面１３１としている。ただし、これは一例であり、支持基板面等の指標となる部分であってもよい。

また、本実施形態において、撮像素子１３０には、無線伝送機能が搭載されている。
たとえば、支持基板１３２に形成されたアンテナＡＮＴ１と、モジュールのハウジング１１０の底部１１２に形成されたアンテナＡＮＴ２との間で、ミリ波などの無線信号の送受信を行う。
撮像素子（イメージセンサ）１３０の相手側の送受信チップＳＲＣＰ１は、セット側の主基板１５０に配置される場合もあれば、モジュール内に配置される場合もある。

＜２．アクチュエータ部の構成例＞
ここで、本実施形態に係るアクチュエータ部の構成について詳述する。
アクチュエータ部１４０は、上述したように撮像素子１３０をレンズ１２０の光軸ＯＸの方向における第１位置ＰＳ１と第２位置ＰＳ２間を往復移動させる。

図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態に係るアクチュエータ部の構成を説明するための図である。
図５（Ａ）はアクチュエータ部１４０を撮像素子１３０の支持基板１３２の上面側から見た斜視図を示している。図５（Ｂ）はアクチュエータ部１４０をやや上方の側方から見た斜視図を示している、図５（Ｃ）はアクチュエータ部１４０をやや下方の側方から見た斜視図を示している。図５（Ｄ）はアクチュエータ部１４０をやや下方側から見た斜視図を示している。
図５は、図２の撮像素子の取り付け構造を例に示しているが、図４の取り付け構造の場合もアクチュエータ部の構成は同様である。

アクチュエータ部１４０は、可動ジョイント部１４１、平行リンク機構部１４２、および可動子１４３を含んで構成されている。

可動ジョイント部１４１は、撮像素子１３０の一端部、本例では支持基板１３２の一端部が固定され、アクチュエータ部１４０の移動制御により光軸ＯＸ方向に移動可能に配置されている。

平行リンク機構部１４２は、一端部（図の例では右端側）が可動ジョイント部１４１に取り付けられ、他端部（図の例では左端側）が固定され、撮像素子１３０を可動ジョイント部１４１の移動に連動した目標位置に保持する機能を有する。

平行リンク機構部は１４２、図２〜図５に示すように、間隔をおいて互いに対向するように平行に配置され、中央部がないいわゆる中抜きされた２つの板ばね１４２１，１４２２により形成される。
２つの板ばね１４２１，１４２２の一端部が可動ジョイント部１４１に取り付けられ、他端部がハウジング１１０において撮像素子１３０を中心にして反対側に固定される。
２つの板ばね１４２１，１４２２の他端部は、図２および図５の例では、ハウジング１１０の内側壁の底部１１２に近い領域に固定されている。
なお、２つの板ばね１４２１，１４２２の他端部は、たとえば図３および図４に示すように、ハウジング１１０の底部１１２に固定される固定ジョイント部１４４に固定するように構成することも可能である。

可動子１４３は、一端部が、可動ジョイント部１４１と平行リンク機構部１４２の一端部との結合領域部ＢＮＤに対して変位運動を伝達可能に結合されている。
本実施形態では、可動子１４３の一端部は、電源配線用フレキシブルケーブル１４５を介して可動ジョイント部１４１に取り付けされている。
可動子１４３は、電極に印加される駆動電圧ＤＲＶのレベルに応じた変位量をもって変位して、撮像素子１３０を光軸方向における第１位置ＰＳ１と第２位置ＰＳ２間を往復運動させる。
可動子１４３の他端部は、電圧を印加するための電極ＥＬ１，ＥＬ２とともに、ハウジング１１０の底部１１２の内面１１２ｂに固定されている。

このように、アクチュエータ部１４０は、可動ジョイント部１４１が撮像素子１３０および支持基板１３２の側方に配置され、平行リンク機構部１４２が光軸ＯＸ方向において、撮像素子１３０を中心にして反対側の他端部側に配置されている。
そして、可動子１４３は、平行リンク機構部１４２よりさらに他端部側（底部側）に配置されている。

可動子１４３は、シート状のエレクトロ・アクティブ・ポリマー（ＥＡＰ）シート１４３Ｓにより形成される。
ＥＡＰシート１４３Ｓは、後で高分子アクチュエータとして説明するように、イオン交換樹脂を電極層で挟み込んだ構造であり、０．１ｍｍ程度の薄いシートであるが、両面間に電圧を印加することで湾曲する性質を持っている。
この湾曲を、撮像素子１３０を移動させるための推力として使うことで、極めて狭い空間内でのアクチュエータが可能となる。
本実施形態に係るＥＡＰシート１４３Ｓは、たとえば図５（Ｄ）に示すように、電極側の他端部側の幅が広く、一端部側の幅が狭く形成される。
すなわち、ＥＡＰシート１４３Ｓは、電極側の幅が広く、逆の側の幅が狭くなった台形、もしくは三角形の形状を有し、ＥＡＰの推力を維持したまま面積を小さくした構成を有する。

また、アクチュエータ部１４０においては、その配置領域に撮像素子１３０とハウジング１１０の他端部（底部）の間が、グラファイト等により形成される放熱機能を有する高熱伝導体シート１６０でブリッジ接続されている。
すなわち、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、板ばね１４２１，１４２２の中抜き部分を通して高熱伝導体シート１６０が撮像素子１３０（支持基板１３２に接触または近接して配置され、側方が折り曲げされてＥＡＰシート１４３Ｓの側部から延設されている。
なお、この高熱伝導体シート１６０は、撮像素子１３０の電源グランド配線として共用されている。

本実施形態において、可動部１４３であるＥＡＰシート１４３Ｓは、竿状あるいはシート状の可動子である高分子（ポリマ）アクチュエータにより形成される。

高分子アクチュエータは、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜と、イオン導電性高分子膜の両面それぞれに設けられる電極膜とを含み、電極膜間に電圧が印加されることによりイオン導電性高分子膜が屈曲（湾曲）または変形する。

高分子アクチュエータは、前述したように、一端部が可動ジョイント部１４１と平行リンク機構部１４２と結合領域部に対して変位運動を伝達可能に結合されている。
高分子アクチュエータの他端部は、電極とともにハウジング１１０の底部１１２に固定される。
たとえば、その電極に駆動電圧ＤＲＶを加えることにより、高分子アクチュエータが屈曲（湾曲）し、それにより、撮像素子１３０を光軸ＯＸの方向に往復運動させてオートフォーカスの機構を実現する。

以下に、本実施形態に係るＥＡＰシートとしての高分子アクチュエータの構成について説明する。
図６は、本実施形態に係るＥＡＰシートとしての高分子アクチュエータの構成例を示す断面図である。

高分子アクチュエータ１７０は、図６に示すように、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子膜（イオン導電性高分子フィルム）１７１と、イオン導電性高分子膜１７１の両面それぞれに設けられる電極膜１７２−１，１７２−２とを有する。
高分子アクチュエータ１７０は、電極膜１７２−１，１７２−２それぞれに電気的に接続されたリード線１７３−１，１７３−２を有する。
高分子アクチュエータ１７０は、１対のリード線１７３−１，１７３−２より電極膜１７２−１，１７２−２間に電圧が印加されることによりイオン導電性高分子膜１７１が屈曲（湾曲）または変形する。

イオン導電性高分子膜１７１は、フッ素樹脂、炭化水素系などを骨格としたイオン交換樹脂からなり、表裏２つの主面をもつ形状を呈している。その形状としては、たとえば、短冊形状、円盤形状、円柱形状、円筒形状などが挙げられる。
また、イオン交換樹脂としては、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂、両イオン交換樹脂いずれでもよいが、このうち陽イオン交換樹脂が好適である。

陽イオン交換樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基、カルボキシル基などの官能基が導入されたものが挙げられ、とくにフッ素樹脂にスルホン酸基、カルボキシル基などの官能基が導入された陽イオン交換樹脂が好ましい。

電極膜１７２（−１、−２）は、カーボン粉末とイオン導電性樹脂とからなり、カーボン粉末同士がイオン導電性樹脂を介して結合していることを特徴とする。
カーボン粉末は、導電性をもつカーボンブラックの微細粉末であり、比表面積が大きなものほど電極膜１７２としてイオン導電性高分子膜１７１と接する表面積が大きくなりより大きな変形量を得ることができる。たとえばケッチェンブラックが好ましい。また、イオン導電性樹脂は、イオン導電性高分子膜１７１を構成する材料と同じものでもよい。

また、電極膜１７２（−１，−２）は、イオン導電性樹脂成分とカーボン粉末を含む塗料がイオン導電性高分子膜１７１に塗布されて形成される。あるいは、電極膜１７２（−１，−２）は、カーボン粉末とイオン導電性樹脂とからなる導電膜がイオン導電性高分子膜１７１に圧着されて形成される。
いずれの方法によっても、簡便に短時間で電極膜１７２を形成することができる。

なお、少なくともイオン導電性高分子膜１７１に陽イオン物質が含浸されているが、陽イオン物質とは、水および金属イオン、水および有機イオン、イオン液体のいずれかであることが好ましい。
ここで、金属イオンとはたとえば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン等が挙げられる。また、有機イオンとはたとえば、アルキルアンモニウムイオン等が挙げられる。
これらのイオンはイオン導電性高分子膜１７１中において水和物として存在している。イオン導電性高分子膜１７１が水および金属イオン、または水および有機イオンを含み、含水状態となっている場合には、高分子アクチュエータ１７０は中からこの水が揮発しないように封止されていることが好ましい。

また、イオン液体とは、常温溶融塩とも言われる不燃性、不揮発性のイオンのみからなる溶媒であり、たとえばイミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物、脂肪族系化合物のものを使用することができる。
イオン導電性高分子膜１７１にイオン液体を含浸させている場合には、揮発する心配なく高温あるいは真空中でも高分子アクチュエータ１７０を使用することができようになる。

図７および図８（Ａ）〜（Ｃ）に、本実施形態に係る高分子アクチュエータ１７０の動作原理を示す。ここでは、イオン導電性高分子膜１７５１中にナトリウムイオンが含浸されているものとして説明する。

図７（Ａ）および図８（Ｂ）では、電源Ｅよりリード線１７３−１，１７３−２を通じて、図中左側の高分子アクチュエータ１７０の電極膜１７２−１にプラスの電位、図中右側の電極膜１７２−２にマイナスの電位が印加されている。
この電位差により、高分子アクチュエータ１７０のイオン導電性高分子膜１７１中では、マイナスの電位が印加された側（図中右側）の電極膜１７２−２にナトリウムイオン水和物が引き寄せられて移動する。これにより、電極膜１７２−２の近傍に集中しこの領域は体積膨張するようになる。
一方、プラスの電位が印加された側（図中左側）の電極膜１７２−１近傍におけるナトリウム水和物濃度は減少し、この領域は体積収縮するようになる。
その結果、イオン導電性高分子膜１７１の２つの電極膜１７２−１，１７２−２２近傍領域の間に体積差が生じることとなり、イオン導電性高分子膜１５１は図中左側に湾曲するようになる。
この場合、たとえば撮像素子１３０は第２位置ＰＳ２に向かって光軸ＯＸ方向に移動する。

図７（Ｂ）および図８（Ａ）では、電源Ｅからの電圧印加はなく、２つの電極膜１７２−１，１７２−２に電位差がない。その結果、イオン導電性高分子膜１７１の２つの電極膜１７２−１，１７２−２近傍領域の間に体積差はなく、イオン導電性高分子膜１７１は湾曲することなく真っ直ぐな状態を保持する。
この場合、撮像素子１３０はそのままの安定位置に保持される。
あるいは、撮像素子１３０は第１位置ＰＳ１または第２位置ＰＳ２から安定位置に復帰する。

図７（Ｃ）および図８（Ｃ）では、電源Ｅよりリード線１７３−１，１７３−２を通じて、図中左側の高分子アクチュエータ１７０の電極膜１７２−１にマイナスの電位、図中右側の電極膜１７２−２にプラスの電位を印加されている。すなわち、圧印加方法が図７（Ａ）および図８（Ｂ）の場合とは逆である。
この電位差により、高分子アクチュエータ１７０のイオン導電性高分子膜１７１中では、マイナスの電位が印加された側（図中左側）の電極膜１７２−１の近傍領域は体積膨張するようになる。そして、プラスの電位が印加された側（図中右側）の電極膜１７２−２近傍領域は体積収縮するようになる。
その結果、イオン導電性高分子膜１７１は図中右側に湾曲するようになる。
この場合、たとえば撮像素子１３０は第１位置ＰＳ１に向かって光軸ＯＸ方向に移動する。

この高分子アクチュエータ１７０の変形性能（変形量および／または変形速度）については、カーボン粉末の比表面積、カーボン粉末とイオン導電性樹脂との固形分重量比、２つの電極膜１５２の厚さの少なくともいずれか一を調整して制御することが可能である。
また、電極膜１７２の厚さとイオン導電性高分子膜１７１の厚さとの比を調整することによっても、高分子アクチュエータ１７０の変形性能（変形量および／または変形速度）を制御することが可能である。

なお、上記構成を有する可動子１４３の電極に印加する駆動電圧ＤＲＶは、駆動制御系により印加される。
図９は、本実施形態に係る可動子の電極に駆動電圧を印加する駆動制御系の基本的な構成例を示すブロック図である。

図９の制御系１８０は、計測部１８１および制御部１８２を有する。
計測部１８１は、撮像素子１３０とハウジング１１０の他端部、たとえば底部１１２との間の距離を計測する。
制御部１８２は、計測部１８１により得られた移動距離情報と撮像素子１３０による信号情報によって、可動子１４３への印加電圧にフィードバックを掛けて被写体のフォーカシング制御を行う。

以上の構成において、可動子（ＥＡＰシート）１４３に電圧を印加すれば、その電圧の大きさに応じたＥＡＰの曲がりが撮像素子１３０を押し上げ、または押し下げる。このとき、板ばね１４２１，１４２２等からからなる平行リンク機構部１４２が形成されているために、撮像素子１３０は極めて平行に移動することができる。
実際の被写体フォーカシング動作においては、支持基板１３２等に配置されたフォトリフレクターなどの位置検出センサ１９０（図２）からの情報と、撮像素子１３０からの映像信号によって、可動子１４３への印加電圧ＤＲＶが適切に設定される。
これにより、フォーカスできる位置まで撮像素子１３０が所望の位置に移動する。

本実施形態においては、実際の具体的な構造において、さらに以下の点が工夫されている。
可動子（ＥＡＰ）１４３は通常両面の電極層間に１Ｖ以内の電圧を印加するが、撮像素子１３０の移動量を大きくする、すなわち、可動子（ＥＡＰ）１４３の曲がりの振れ幅を大きくするためには、正電圧と負電圧を使う方が有効である。
たとえば、１Ｖで０．２ｍｍの振れ幅を持つＥＡＰに、±１Ｖを印加すれば、それぞれ逆方に曲がり、トータル０．４ｍｍの振れ幅を稼ぐことができる。
しかし、これを、本実施形態のカメラモジュール１００に適用した場合、ＥＡＰの電極の固定端をモジュールのハウジング１１０の底面からあらかじめ０．２ｍｍ浮かせておく必要があり、モジュールの低背化には不利になる。

そこで、図１０に示すように、可動子（ＥＡＰ）１４３にあらかじめ反りの癖をつけておく。
これは、ＥＡＰを適当な曲率で強制的に曲げ、所定の高温処理をすれば得られる形状である。
これによって、印加電圧がゼロでも、可動子（ＥＡＰ）１４３は既に０．２ｍｍの変位を持つ（図１０の状態ＳＴ１）。
そして、＋電圧の印加時（図１０の状態ＳＴ２の状態）と−電圧印加時（図１０の状態ＳＴ３）によって、それぞれ＋０．２ｍｍおよび−０．２ｍｍ、すなわちトータル０．４ｍｍの振れ幅を得ることができる。
−１Ｖ印加時には、可動子（ＥＡＰ）１４３はモジュールのハウジング１１０の底部１１２の内面（底面）１１２ｂにフラットに貼りつく形となり、モジュールの低背化に極めて有利となる。

このように、本実施形態において、可動子（ＥＡＰシート）１４３は、あらかじめ物理的な反りを含んで形成される。
そして、可動子１４３は、印加電圧ゼロでも、一端部がハウジング１１０の他端部から離れ、その位置が往復移動の中点として、正電圧を印加した場合と負電圧を印加した場合で、双方向に変位するように配置することも可能である。

また、撮像素子（イメージセンサ）を空中に浮かせる弊害として、放熱処理の難しさがある。
昨今の撮像素子は、画素数増大とそれに伴う駆動周波数の増加によって、消費電力が増大し、撮像素子が発する熱をどう逃がすかが課題になっている。
一般のレンズ駆動式ＡＦでは、撮像素子を取り付けた基板を通じて、モジュール底面側に放熱することは可能だが、本実施形態のように、撮像素子が宙に浮いている状態では、放熱がままならない。
この対策として、本実施形態では、図５（Ｄ）に示すように、グラファイトシートのような高熱伝導体シート１６０を、撮像素子１３０とモジュールのハウジング１１０の底部１１２の内面（底面）１１２ｂとの間に接続する。
ここに使うグラファイトシートは、わずか数十ミクロンの薄さであり、撮像素子１３０の動きを阻害することはないが、撮像素子１３０の熱を高い効率でモジュール底面部側に逃がすことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
小型カメラモジュールにおいて、既存のＡＦアクチュエータでは困難であったイメージセンサ駆動式のＡＦアクチュエータを実現できる。
これによって、レンズの形状や重さに制約を受けない。たとえば、８．５ｍｍ×８．５ｍｍのモジュールサイズに、直径８ｍｍのレンズを付けることも簡単であり、明るいレンズによる高感度化が簡単に実現できる。
また、ガラスレンズやズームレンズなどの重量の大きいレンズも、アクチュエータの推力を気にせずに搭載できる。
さらに、今後、レンズは、ウエハーレベルの製法によって、一般的な丸型ではなく方形のレンズも出てくるが、こういった回転に不向きな形状も問題なく搭載できる。
複数枚のレンズを一体化するためのレンズバレルが不要となるために、コスト面やモジュール形状の小型化にも有利となる。
加えて、軽いイメージセンサを移動させるための推力は、従来よりも相当に低くて済むため、低消費電力に有利である。ごく一般的なモジュールを例にした粗い見積もりでは、移動させる対象の重量が、イメージセンサではレンズの時の約半分となり、必要なエネルギーも半分で済む計算になる。
メリットは、セット側の商品企画にもある。一眼レフのカメラでは、交換レンズが一般的だが、モバイル機器においても、カスタマーがレンズを交換するという新たなコンセプトも可能となる。

このような効果を有するカメラモジュールは、携帯電話機等に搭載されるデジタルカメラ等のカメラモジュール（光学系と撮像素子を含むモジュール）として適用することができる。

＜３．カメラ装置の構成例＞
図１１は、本実施形態に係るカメラモジュールが適用されるカメラ装置の構成の一例を示す図である。

本カメラ装置２００は、図１１に示すように、画素領域に入射光を導く（被写体像を結像する）光学系として、たとえば入射光（像光）を撮像素子の撮像面上に結像させるカメラモジュール２１０を有する。カメラモジュール２１０として本実施形態に係るカメラモジュール１００，１００Ａが適用される。
さらに、カメラ装置２００は、カメラモジュール２１０のアクチュエータ部を駆動する駆動回路(ＤＲＣ)２２０と、カメラモジュール２１０の撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路(ＰＲＣ)２３０と、を有する。

駆動回路２２０は、図９の駆動制御系に相当し、カメラモジュール２１０のアクチュエータ部により撮像素子を光軸方向に往復運動可能に駆動制御するための駆動電圧ＤＲＶを生成し、アクチュエータ部に供給する。
駆動回路２２０は、カメラモジュール２１０内の回路を駆動するスタートパルスやクロックパルスを含む各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(図示せず)を有し、所定のタイミング信号ＴＭＧでカメラモジュール２１０を駆動する。

また、信号処理回路２３０は、カメラモジュール２１０の出力信号に対して所定の信号処理を施す。
信号処理回路２３０で処理された画像信号は、たとえばメモリなどの記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像情報は、プリンタなどによってハードコピーされる。また、信号処理回路２３０で処理された画像信号を液晶ディスプレイ等からなるモニターに動画として映し出される。

上述したように、デジタルスチルカメラ等の撮像装置において、カメラモジュール３２１として、先述したカメラモジュールを搭載することで、外部からの衝撃に強く、経年劣化のおそれが低く、高精度なカメラが実現できる。

なお、本技術は以下のような構成をとることができる。
（１）少なくとも一端部側が開口されたハウジングと、
被写体像を撮像するための撮像素子と、
上記ハウジングに固定され、当該ハウジングの開口を通して被写体像を上記撮像素子に結像するレンズと、
上記撮像素子を上記レンズの光軸方向における第１位置と第２位置間を往復移動させるアクチュエータ部と、を有し、
上記アクチュエータ部は、
上記撮像素子の一端部が固定された、上記往復移動に応じて移動可能な可動ジョイント部と、
一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が固定され、上記撮像素子を上記可動ジョイント部の移動に連動した目標位置に保持する平行リンク機構部と、
一端部が、上記可動ジョイント部と上記平行リンク機構部の一端部との結合領域部に対して変位運動を伝達可能に結合され、印加される駆動電圧のレベルに応じた変位量をもって変位して上記撮像素子を光軸方向における第１位置と第２位置間を往復運動させる可動子と、を含む
カメラモジュール。
（２）上記可動子は、
上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして上記レンズの配置側と反対側の他端側に対し、他端部が上記電圧を印加するための電極とともに固定されている
上記（１）記載のカメラモジュール。
（３）上記撮像素子は、
支持基板に取り付けられており、当該支持基板の一部が上記可動ジョイント部に固定され、
上記平行リンク機構部は、
間隔をおいて互いに対向するように配置された２つの板ばねにより形成され、当該２つの板ばねの一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして反対側に固定され、
上記可動子は、
上記平行リンク機構部より上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして上記レンズの配置側とさらに反対側の他端側に対して、他端部が上記電圧を印加するための電極とともに固定されている
上記（１）または（２）記載のカメラモジュール。
（４）上記可動子は、
シート状のエレクトロ・アクティブ・ポリマー（ＥＡＰ）シートにより形成され、
上記ＥＡＰは、電極側の他端部側の幅が広く、一端部側の幅が狭く形成されている
上記（１）から（３）のいずれか一に記載のカメラモジュール。
（５）上記ＥＡＰシートは、
あらかじめ物理的な反りを含んで形成され、印加電圧ゼロでも、一端部が上記ハウジングの他端部から離れ、その位置が往復移動の中点として、正電圧を印加した場合と負電圧を印加した場合で、双方向に変位するように配置されている
上記（４）記載のカメラモジュール。
（６）上記撮像素子と上記ハウジングの他端部の間が、放熱機能を有する高熱伝導体シートでブリッジ接続されている
上記（１）から（５）のいずれか一に記載のカメラモジュール。
（７）上記高熱伝導体シートは、
上記撮像素子の電源グランド配線として共用されている
上記（６）記載のカメラモジュール。
（８）上記撮像素子と上記ハウジングの他端部との間の距離を計測する計測部と、
上記計測部により得られた移動距離情報と上記撮像素子による信号情報によって、前記可動子への印加電圧にフィードバックを掛けて被写体のフォーカシング制御を行う制御部と、を含む
上記（１）から（７）のいずれか一に記載のカメラモジュール。
（９）上記撮像素子は、
撮像して得られた情報を無線伝送する無線伝送機能を有する
上記（１）から（８）のいずれか一に記載のカメラモジュール。
（１０）被写体象を撮像するカメラモジュールと、
上記カメラモジュールを駆動制御する駆動部と、
上記カメラモジュールによる信号を処理する信号処理部と、を有し、
上記カメラモジュールは、
少なくとも一端部側が開口されたハウジングと、
被写体像を撮像するための撮像素子と、
上記ハウジングに固定され、当該ハウジングの開口を通して被写体像を上記撮像素子に結像するレンズと、
上記撮像素子を上記レンズの光軸方向における第１位置と第２位置間を往復移動させるアクチュエータ部と、を含み、
上記アクチュエータ部は、
上記撮像素子の一端部が固定された、上記往復移動に応じて移動可能な可動ジョイント部と、
一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が固定され、上記撮像素子を上記可動ジョイント部の移動に連動した目標位置に保持する平行リンク機構部と、
一端部が、上記可動ジョイント部と上記平行リンク機構部の一端部との結合領域部に対して変位運動を伝達可能に結合され、上記駆動部により印加される駆動電圧のレベルに応じた変位量をもって変位して上記撮像素子を光軸方向における第１位置と第２位置間を往復運動させる可動子と、を含む
カメラ装置。
（１１）上記可動子は、
上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして上記レンズの配置側と反対側の他端側に対し、他端部が上記電圧を印加するための電極とともに固定されている
上記（１０）記載のカメラ装置。
（１２）上記撮像素子は、
支持基板に取り付けられており、当該支持基板の一部が上記可動ジョイント部に固定され、
上記平行リンク機構部は、
間隔をおいて互いに対向するように配置された２つの板ばねにより形成され、当該２つの板ばねの一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして反対側に固定され、
上記可動子は、
上記平行リンク機構部より上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして上記レンズの配置側とさらに反対側の他端側に対して、他端部が上記電圧を印加するための電極とともに固定されている
上記（１０）または（１１）記載のカメラ装置。
（１３）上記可動子は、
シート状のエレクトロ・アクティブ・ポリマー（ＥＡＰ）シートにより形成され、
上記ＥＡＰは、電極側の他端部側の幅が広く、一端部側の幅が狭く形成されている
上記（１０）から（１２）のいずれか一に記載のカメラ装置。
（１４）上記ＥＡＰシートは、
あらかじめ物理的な反りを含んで形成され、印加電圧ゼロでも、一端部が上記ハウジングの他端部から離れ、その位置が往復移動の中点として、正電圧を印加した場合と負電圧を印加した場合で、双方向に変位するように配置されている
上記（１３）記載のカメラ装置。
（１５）上記撮像素子と上記ハウジングの他端部の間が、放熱機能を有する高熱伝導体シートでブリッジ接続されている
（１０）から（１４）のいずれか一に記載のカメラ装置。
（１６）上記高熱伝導体シートは、
上記撮像素子の電源グランド配線として共用されている
上記（１５）記載のカメラ装置。
（１７）上記駆動部は、
上記撮像素子と上記ハウジングの他端部との間の距離を計測する計測部と、
上記計測部により得られた移動距離情報と上記撮像素子による信号情報によって、前記可動子への印加電圧にフィードバックを掛けて被写体のフォーカシング制御を行う制御部と、を含む
上記（１０）から（１６）のいずれか一に記載のカメラ装置。
（１８）上記撮像素子は、
撮像して得られた情報を無線伝送する無線伝送機能を有する
上記（１０）から（１７）のいずれか一に記載のカメラ装置。

１００，１００Ａ・・・カメラモジュール、１１０・・・ハウジング、１２０・・・レンズ、１３０・・・撮象素子、１４０・・・アクチュエータ部、１４１・・・可動ジョイント部、１４２・・・平行リンク機構部、１４３・・・可動子、１４３Ｓ・・・ＥＡＰシート、１７０・・・高分子アクチュエータ、２００・・・カメラシステム、２１０・・・カメラモジュール、２２０・・・駆動回路、２３０・・・信号処理回路。

Claims (18)

1. 少なくとも一端部側が開口されたハウジングと、
   被写体像を撮像するための撮像素子と、
   上記ハウジングに固定され、当該ハウジングの開口を通して被写体像を上記撮像素子に結像するレンズと、
   上記撮像素子を上記レンズの光軸方向における第１位置と第２位置間を往復移動させるアクチュエータ部と、を有し、
   上記アクチュエータ部は、
   上記撮像素子の一端部が固定された、上記往復移動に応じて移動可能な可動ジョイント部と、
   一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が固定され、上記撮像素子を上記可動ジョイント部の移動に連動した目標位置に保持する平行リンク機構部と、
   一端部が、上記可動ジョイント部と上記平行リンク機構部の一端部との結合領域部に対して変位運動を伝達可能に結合され、印加される駆動電圧のレベルに応じた変位量をもって変位して上記撮像素子を光軸方向における第１位置と第２位置間を往復運動させる可動子と、を含む
   カメラモジュール。
2. 上記可動子は、
   上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして上記レンズの配置側と反対側の他端側に対し、他端部が上記電圧を印加するための電極とともに固定されている
   請求項１記載のカメラモジュール。
3. 上記撮像素子は、
   支持基板に取り付けられており、当該支持基板の一部が上記可動ジョイント部に固定され、
   上記平行リンク機構部は、
   間隔をおいて互いに対向するように配置された２つの板ばねにより形成され、当該２つの板ばねの一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして反対側に固定され、
   上記可動子は、
   上記平行リンク機構部より上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして上記レンズの配置側とさらに反対側の他端側に対して、他端部が上記電圧を印加するための電極とともに固定されている
   請求項１記載のカメラモジュール。
4. 上記可動子は、
   シート状のエレクトロ・アクティブ・ポリマー（ＥＡＰ）シートにより形成され、
   上記ＥＡＰは、電極側の他端部側の幅が広く、一端部側の幅が狭く形成されている
   請求項１記載のカメラモジュール。
5. 上記ＥＡＰシートは、
   あらかじめ物理的な反りを含んで形成され、印加電圧ゼロでも、一端部が上記ハウジングの他端部から離れ、その位置が往復移動の中点として、正電圧を印加した場合と負電圧を印加した場合で、双方向に変位するように配置されている
   請求項４記載のカメラモジュール。
6. 上記撮像素子と上記ハウジングの他端部の間が、放熱機能を有する高熱伝導体シートでブリッジ接続されている
   請求項１記載のカメラモジュール。
7. 上記高熱伝導体シートは、
   上記撮像素子の電源グランド配線として共用されている
   請求項６記載のカメラモジュール。
8. 上記撮像素子と上記ハウジングの他端部との間の距離を計測する計測部と、
   上記計測部により得られた移動距離情報と上記撮像素子による信号情報によって、前記可動子への印加電圧にフィードバックを掛けて被写体のフォーカシング制御を行う制御部と、を含む
   請求項１記載のカメラモジュール。
9. 上記撮像素子は、
   撮像して得られた情報を無線伝送する無線伝送機能を有する
   請求項１記載のカメラモジュール。
10. 被写体象を撮像するカメラモジュールと、
    上記カメラモジュールを駆動制御する駆動部と、
    上記カメラモジュールによる信号を処理する信号処理部と、を有し、
    上記カメラモジュールは、
    少なくとも一端部側が開口されたハウジングと、
    被写体像を撮像するための撮像素子と、
    上記ハウジングに固定され、当該ハウジングの開口を通して被写体像を上記撮像素子に結像するレンズと、
    上記撮像素子を上記レンズの光軸方向における第１位置と第２位置間を往復移動させるアクチュエータ部と、を含み、
    上記アクチュエータ部は、
    上記撮像素子の一端部が固定された、上記往復移動に応じて移動可能な可動ジョイント部と、
    一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が固定され、上記撮像素子を上記可動ジョイント部の移動に連動した目標位置に保持する平行リンク機構部と、
    一端部が、上記可動ジョイント部と上記平行リンク機構部の一端部との結合領域部に対して変位運動を伝達可能に結合され、上記駆動部により印加される駆動電圧のレベルに応じた変位量をもって変位して上記撮像素子を光軸方向における第１位置と第２位置間を往復運動させる可動子と、を含む
    カメラ装置。
11. 上記可動子は、
    上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして上記レンズの配置側と反対側の他端側に対し、他端部が上記電圧を印加するための電極とともに固定されている
    請求項１０記載のカメラ装置。
12. 上記撮像素子は、
    支持基板に取り付けられており、当該支持基板の一部が上記可動ジョイント部に固定され、
    上記平行リンク機構部は、
    間隔をおいて互いに対向するように配置された２つの板ばねにより形成され、当該２つの板ばねの一端部が上記可動ジョイント部に取り付けられ、他端部が上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして反対側に固定され、
    上記可動子は、
    上記平行リンク機構部より上記ハウジングにおいて上記撮像素子を中心にして上記レンズの配置側とさらに反対側の他端側に対して、他端部が上記電圧を印加するための電極とともに固定されている
    請求項１０記載のカメラ装置。
13. 上記可動子は、
    シート状のエレクトロ・アクティブ・ポリマー（ＥＡＰ）シートにより形成され、
    上記ＥＡＰは、電極側の他端部側の幅が広く、一端部側の幅が狭く形成されている
    請求項１０記載のカメラ装置。
14. 上記ＥＡＰシートは、
    あらかじめ物理的な反りを含んで形成され、印加電圧ゼロでも、一端部が上記ハウジングの他端部から離れ、その位置が往復移動の中点として、正電圧を印加した場合と負電圧を印加した場合で、双方向に変位するように配置されている
    請求項１３記載のカメラ装置。
15. 上記撮像素子と上記ハウジングの他端部の間が、放熱機能を有する高熱伝導体シートでブリッジ接続されている
    請求項１０記載のカメラ装置。
16. 上記高熱伝導体シートは、
    上記撮像素子の電源グランド配線として共用されている
    請求項１５記載のカメラ装置。
17. 上記駆動部は、
    上記撮像素子と上記ハウジングの他端部との間の距離を計測する計測部と、
    上記計測部により得られた移動距離情報と上記撮像素子による信号情報によって、前記可動子への印加電圧にフィードバックを掛けて被写体のフォーカシング制御を行う制御部と、を含む
    請求項１０記載のカメラ装置。
18. 上記撮像素子は、
    撮像して得られた情報を無線伝送する無線伝送機能を有する
    請求項１０記載のカメラ装置。

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