专利名称：驱动单元、透镜模组、以及图像拍摄装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用聚合物致动器元件的驱动单元、以及具有这种驱动单元的透镜模组及图像拍摄装置。
背景技术：
例如，近年来，诸如便携式电话、个人计算机(PC)或PDA(个人数字助理)之类的便携式电子装置已经变得越来越多功能，并且配备有透镜模组因而具有图像拍摄功能的便携式电子装置也变得普及。在这种便携式电子装置中，通过使透镜模组中的透镜向光轴方向移动来执行聚焦和变焦。通常，通过使用音圈电动机或步进电动机作为驱动部分来移动透镜模组中的透镜的方式较普遍。此外，最近，从小型化的角度，已经研发了采用聚合物致动器元件作为驱动部分的装置(例如，见日本未经实审的专利申请公开第2006-293006号和第2006-172635 号)。聚合物致动器元件是其中例如离子交换树脂膜被夹置于一对电极之间的元件。在此聚合物致动器元件中，由于该对电极之间的电位差的产生，使得离子交换树脂膜沿着与膜表面垂直的方向发生位移。
发明内容
顺便提及，在这种聚合物致动器元件中，通常上述离子交换树脂膜中的离子迁移率在低温环境下相比室温环境发生下降。为此，在低温环境下，存在与室温环境相比产生特性劣化的缺点，例如聚合物致动器元件的工作速度的降低，或位移的减小。因此，可以构思的是将热源(加热器等)设置在外部，以改善这种聚合物致动器元件在低温环境下的特性。但是，另外设置这种专用热源使得装置构造较大(复杂)。考虑到前述情况，期望提供一种能够在实现尺寸减小的同时改善低温环境下的特性的驱动单元，以及具有这种驱动单元的透镜模组及图像拍摄装置。根据本发明的实施例，提供了一种驱动单元，包括一个或多个聚合物致动器元件；以及电压供应部分，其将驱动电压和加热电压供应至所述聚合物致动器元件。此外，根据本发明的实施例，提供了一种透镜模组，其包括透镜以及驱动透镜的上述驱动单元。此外，根据本发明的实施例，提供了一种图像拍摄装置，其包括透镜；图像拍摄元件，其获取通过透镜进行的图像形成得到的图像拍摄信号；以及上述驱动单元，其驱动所述透镜。在根据本发明的实施例的驱动单元、透镜模组、以及图像拍摄装置中，除了驱动电压之外，还将加热电压供应至聚合物致动器元件。因此，由于聚合物致动器元件本身产生的热来提高元件的温度，而无需在外部分别地设置专用热源。根据本发明的实施例的驱动单元、透镜模组、以及图像拍摄装置，除了驱动电压之外，还将加热电压供应至聚合物致动器元件。因此，可以由于聚合物致动器元件本身产生的热来提高元件的温度，并提高低温环境下元件的工作速度等，而无需分别地设置专用的热源。因此，可以在实现尺寸缩小的同时改善低温环境下的特性。应理解，前文的总体说明和后文的详细说明两者均是示例性的，其意在提供所要求权利的技术的进一步解释。
包含了附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图被结合在说明书中并作为说明书的一部分。附示了实施例，并与说明书一起用于解释技术原理。图1是图示具有根据本发明的实施例的图像拍摄装置的电子装置的构造示例的立体图。图2是图示如图1所示的电子装置从不同的方向观察得到的立体图。图3是图示如图2所示的图像拍摄装置的主要部分的构造示例的立体图。图4是如图3所示的透镜模组的分解立体图。图5是图示如图4所示的各个固定电极的详细布置构造示例以及各个控制框的示意图。图6是图示聚合物致动器元件的详细构造示例的剖视图。图7是图示聚合物致动器元件、固定构件和固定电极的详细构造的剖视图。图8A和8B是用于解释聚合物致动器元件的基本操作的剖视示意图。图9A和9B是用于解释如图3所示的透镜模组的操作的立体图。图10是图示聚合物致动器元件的温度特性的特性图。图IlA和IlB是用于解释根据实施例的施加驱动电压和加热电压的技术的示意立体图。图12是图示根据实施例的加热聚合物致动器元件的技术的流程图。图13是图示环境温度与聚合物致动器元件中的驱动电流或工作速度之间的关系的示例的特性图。图14A至14C是用于解释驱动电压与加热电压之间的关系的示意图。图15A和15B是分别图示根据实施例的加热电压的波形示例的时序图。图16A和16B是图示根据实施例的示例施加加热电压的效果的特性图。图17A至17C是分别图示根据修改例1的聚合物致动器元件和固定电极的构造示例的示意图。图18A和18B是用于解释根据修改例2的施加驱动电压和加热电压的技术的示意性立体图。图19A和19B是图示根据修改例2的示例的施加加热电压的效果的示意图。图20A和20B是用于解释根据修改例3的驱动电压和加热电压的技术的示意立体图。图21A和21B是分别图示根据修改例3的驱动电压和加热电压的波形示例的时序图。
具体实施方式
以下将参照附图详细说明本发明的实施例。此外，将依据以下顺序提供说明。1.实施例(其中在聚合物致动器元件的电极膜中将加热电压选择性地向固定侧供应的示例)2.修改例修改例1 (其中在聚合物致动器元件的电极膜中将加热电压从固定侧沿着可动侧供应的示例)修改例2(其中在聚合物致动器元件的电极膜中将加热电压从固定侧沿着可动侧供应的示例)修改例3(其中在聚合物致动器元件的电极膜之间供应加热电压的示例)实施例(具有图像拍摄装置的电子装置的示意结构)图1和图2是图示具有图像拍摄功能的便携式电话(便携式电话1)的示意结构的立体图，作为具有根据本发明的实施例的图像拍摄装置(后述的图像拍摄装置幻的电子装置的示例。在此便携式电话1中，两个壳体IlA和IlB通过未示出的枢轴机构以可折叠的方式连接在一起。如图1所示，在位于壳体IlA的一侧的表面中，布置了各种操作按键12，并且麦克风13布置在操作按键下方。操作按键12意在接收由用户进行的预定操作，并因此输入信息。麦克风13意在于通话等期间输入用户的声音。如图1所示，使用液晶面板等的显示部分14布置在位于壳体IlB的一侧的表面中，并且扬声器15布置在其上端部。显示部分14显示各种信息，例如无线电接收状态、剩余电量、在线路另一端的对方电话号码、作为电话本记录的内容(对方的电话号码、姓名等)、 呼出历史、呼入历史等。扬声器15意在于通话等期间输出在线路另一端的对方的声音。如图2所示，盖玻璃16布置在位于壳体IlA的另一侧的表面中，并且图像拍摄装置2设置在与壳体IlA中的盖玻璃16对应的位置处。图像拍摄装置2被配置为包括布置在物体侧(盖玻璃16侧)的透镜模组4、以及布置在图像拍摄侧(壳体IlA的内侧)的图像拍摄元件3。图像拍摄元件3是获得由透镜模组4中的透镜(后述的透镜4 形成的图像的图像拍摄信号的元件。此图像拍摄元件3例如是具有电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CM0Q等的图像传感器。(图像拍摄装置2和透镜模组4的构造)图3是图示图像拍摄装置2的主要部分的构造的立体图，且图4是图示此图像拍摄装置2中的透镜模组4的构造的分解立体图。此外，图5是图示此透镜模组4中的各个固定电极(后述的固定电极440A、440B、440C和440D)的详细布置构造示例以及各个控制框的示意图。如图3和图4所示，透镜模组4从图像侧(图像拍摄元件3侧)到物体侧沿着光轴 Zl (沿着Z轴的正方向)依次包括支撑构件41、聚合物致动器元件441、透镜保持构件43、 透镜48以及聚合物致动器元件442。注意，在图3中，省略了对透镜48的图示。如图4所示，透镜模组4还包括固定构件42、固定电极440A、440B、440C、和440D、按压构件46、以及霍尔元件47A和47B。如图5所示，透镜模组4还包括电压供应部分451、控制部分452、以及存储部分453。注意，透镜模组4的不包括透镜48在内的这些构件的组合对应于根据本发明的实施例的“驱动单元”(透镜驱动单元)的具体示例。支撑构件41是支撑整个透镜模组4的基体构件，并由例如液晶聚合物之类的硬树脂材料制成。固定构件42是固定聚合物致动器元件441和442中每一者的一端的构件，并由诸如液晶聚合物之类的硬树脂材料制成。该固定构件42包括三个构件从图像侧(图3和图 4中的下部)向物体侧(上部)布置的下固定构件42D、中央(中间)固定构件42C和上固定构件42U。聚合物致动器元件441的一端和固定电极440A、440B、440C和440D中每一者的一端被布置成夹置于下固定构件42D与中央固定构件42C之间。另一方面，聚合物致动器元件442的一端和固定电极440A、440B、440C和440D中每一者的另一端被布置成夹置于中央固定构件42C与上固定构件42U之间。此外，部分地保持透镜保持构件43的一部分(后述的保持部分43B的一部分)的开口 42C0被形成在中央固定构件42C中。这允许透镜保持构件43的一部分在此开口 42C0中移动，使得可以有效地利用空间，从而减小透镜模组4 的尺寸。透镜保持构件43是保持透镜48的构件，并例如由诸如液晶聚合物之类的硬树脂材料制成。透镜保持构件43被布置使得其中心处于光轴Zl上。此透镜保持构件43包括 环状并保持透镜48的保持部分43B，和在端部处支撑保持部分4 并将保持部分4 和聚合物致动器元件441和442中每一者的另一端连接(连结)的连接部分43A。具体而言，这里，连接部分43A的四个角与聚合物致动器元件441和442中的两对突起连接。保持部分 43B布置在一对聚合物致动器元件441和442中的后述的驱动表面之间。霍尔元件47A和47B中的每一者均是用于检测透镜保持构件43的移动(位移) 的元件，并例如是霍尔元件和磁体的组合。固定电极440A、440B、440C和440D中的每一者均是将电压从电压供应体(后述的电压供应部分451)供应至后述的聚合物致动器元件441和442中的电极膜(电极膜52A和 52B)的电极。各个固定电极440A、440B、440C和440D由例如金(Au)、镀金金属等制成，并形状如图4和图5所示为字母U形。此外，各个固定电极440A、440B、440C和440D保持中央固定构件42C的顶部和底部(位于沿着Z轴方向的两侧的表面)。这使得可以利用少量布线并行地将同一电压施加至一对聚合物致动器元件441和442。此外，在固定电极440A、 440B、440C和440D由镀金金属材料制成的情况下，可以防止由表面氧化等引起的接触电阻的劣化。这里，如图5所示，固定电极440A布置在聚合物致动器元件441和442中沿着Y 轴方向的一端侧(图中的左侧)，以与它们每一者的顶表面接触。固定电极440C布置在聚合物致动器元件441和442中沿着Y轴方向的另一端侧(图中的右侧)，以与它们每一者的顶表面接触。此外，固定电极440B布置在聚合物致动器元件441和442中沿着Y轴方向的一端侧，以与它们每一者的底表面接触。固定电极440D布置在聚合物致动器元件441和 442中沿着Y轴方向的另一端侧，以与它们每一者的底表面接触。如图所示，分别在固定电极440A和440B之间、以及在固定电极440C和440D之间，供应来自将在后文说明的电压供应部分451的用于驱动聚合物致动器元件441和442的驱动(操作)电压Vd。另一方面， 分别在固定电极440A和440C之间、以及在固定电极440B和440D之间，供应来自电压供应部分451的用于加热(引起热量产生)聚合物致动器元件441和442的加热电压Vh。这里，理想的是，施加了加热电压Vh的、固定电极440A和440C之间的距离以及固定电极440B 和440D之间的距离中的每一者比聚合物致动器元件441和442每一者的厚度(Z轴方向上的长度)充分长。这是为了防止在聚合物致动器元件441和442各个的横截面中沿着倾斜方向产生电场(倾斜场)。注意，利用此加热电压Vh加热聚合物致动器元件441和442的技术将在后文详细说明。如图5所示的电压供应部分451如上所述将驱动电压Vd和加热电压Vh经由固定电极440A、440B、440C和440D供应至聚合物致动器元件441和442。具体而言，尤其在本实施例中，如图所示，电压供应部分451将驱动电压Vd沿着各个聚合物致动器元件441和442 的厚度方向(在后述的电极膜52A和52B之间)供应。另一方面，电压供应部分451将加热电压Vh沿着各个聚合物致动器元件441和442的延伸方向(后述的电极膜52A和52B 每一者的膜内方向)供应。后文将详细说明供应驱动电压Vd和加热电压Vh的技术。虽然将在后文对细节进行说明，但是控制部分452基于直接或间接检测到的环境温度(环境温度T)判定是否供应加热电压Vh，以及判定在供应时加热电压Vh的大小、波形等。这样的控制部分452通过利用微计算机等形成。将在后文详细说明控制部分452的控制操作。存储部分453是预先保存在由上述控制部分452执行控制操作时使用的数据(例如将在下文说明的表示环境温度T与驱动电流I或工作速度V之间关系的特征数据)的存储器。可以使用各种存储部分作为这种存储部分453。(聚合物致动器元件441和442)聚合物致动器元件441和442每一者均具有与透镜48的光轴Zl垂直的驱动表面 (在XY平面上的驱动表面)，并被布置为使得驱动表面沿着此光轴Zl彼此面对。聚合物致动器元件441和442中的每一者用于沿着光轴Zl驱动透镜保持构件43 (以及透镜48)。如图6所示，聚合物致动器元件441和442中的每一者具有其中一对电极膜52A 和52B粘附到离子导电性高分子化合物51 (此后称为高分子化合物膜51)的两侧的结构。 换言之，聚合物致动器元件441和442中的每一者均具有一对电极膜52A和52B，以及插入在电极膜52A和52B之间的高分子化合物膜51。聚合物致动器元件441和442以及电极膜52A和52B可以在其周围被由具有较高弹性的材料(例如，聚亚安酯)制成的绝缘保护膜所覆盖。这里，如图7中的横截面(Z-X横截面)所示，在聚合物致动器元件441中，电极膜 52A电连接至位于下固定构件42D侧的固定电极440C和440D，并且电极膜52B电连接至位于中央固定构件42C侧的固定电极440A和440C。另一方面，在聚合物致动器元件442中， 电极膜52A电连接至位于中央固定构件42C侧的固定电极440B和440D，且电极膜52B电连接至位于上固定构件42U侧的固定电极440A和440C。虽然图7中未示出，从位于下固定构件42D侧的固定电极440B和440D到位于上固定构件42U侧的固定电极440A和440C的各个构件和电极以被如图4所示的按压构件46 (板簧)以定常的压力夹紧的方式而被固定。 这即使在较大的力施加于聚合物致动器元件441和442上时也防止聚合物致动器元件441 和442受损。高分子化合物膜51被构造为通过在电极膜52A和52B之间产生的预定电位差而发生弯曲。此高分子化合物膜51被浸渍有离子物质。这里的“离子物质”表示包含阳离子和/或阴离子以及极性溶剂的物质，或者包含液体阳离子和/或阴离子的物质。例如，作为前者，存在其中极性溶剂在阳离子和/或阴离子中溶剂化的物质，作为后者，存在离子液体。作为高分子化合物膜51的材料，例如存在其中碳氟树脂或碳氢系统作为骨架的离子交换树脂。作为离子交换树脂，当浸渍阳离子物质时，优选地使用阳离子交换树脂。作为阳离子交换树脂，例如存在其中引入诸如磺酸基团或羧基基团之类的酸基团的树脂。具体而言，阳离子交换树脂是具有酸基团的聚乙烯、具有酸基团的聚苯乙烯、具有酸基团的碳氟树脂等。尤其是，具有磺酸基团或羧酸基团的碳氟树脂优选地作为阳离子交换树脂，且例如有全氟磺酸(Naf ion，由杜邦公司制造)。理想地，浸渍在高分子化合物膜51中的阳离子物质是包含金属离子和水的物质、 包含有机阳离子和水的物质、或离子液体。作为金属离子，例如有诸如钠离子(Na+)、钾离子 (K+)、锂离子(Li+)、或镁离子(Mg2+)之类的轻金属离子。此外，作为有机离子，例如有烷基铵离子。这些阳离子作为水合物存在于高分子化合物膜51中。因此，在高分子化合物膜51 被浸渍有包含阳离子和水的阳离子物质时，理想地将其整体密封在聚合物致动器元件441 和442中，以抑制水的挥发。离子液体也称为常温熔化盐，并包括具有较低可燃性和挥发性的阳离子和阴离子。作为离子液体，例如有咪唑环系化合物、吡啶环系化合物、或脂肪族化合物。尤其是，优选地，离子物质是离子液体。这是因为挥发性较低，且聚合物致动器元件441和442即使在高温环境或真空中也良好地工作。各个电极膜52A和52B(其隔着被置于两者之间的高分子化合物膜51而彼此面对)包括一种或多种导电材料。优选地，各个电极膜52A和52B是其中导电材料粉的颗粒通过离子导电聚合物结合的膜。这是为了提高电极膜52A和52B的柔性。作为导电材料粉， 碳粉是优选的。这是因为导电性较高，且比表面积较大，因此实现更大的变形。作为碳粉， 科琴碳黑(Ketjen black)是优选的。作为离子导电聚合物，理想地采用与高分子化合物膜 51相同的材料。例如，如下形成电极膜52A和52B。将其中导电材料粉和导电聚合物散布在散布介质中的涂层施加至高分子化合物膜51的两侧当中的每一侧，然后干燥。包括导电材料粉和离子导电聚合物的成膜物质可以被压接到高分子化合物膜51的两侧当中的每一侧。电极膜52A和52B可以每一者均具有多层结构，并在此情况下理想地，各个电极膜 52A和52B具有如下结构其中导电材料粉的颗粒通过离子导电聚合物结合的层和金属层从高分子化合物膜51侧起按顺序层叠。这是因为电位在电极膜52A和52B的平面内方向上变得更接近更均勻的值，并获得较好的可变形性。作为金属层的材料，有诸如金或钼之类的贵金属。金属层的厚度是任意的，但优选地是连续膜，使得点位在电极膜52A和52B中变得均勻。作为形成金属层的方法，有镀覆、沉积、溅射等。高分子化合物膜51的尺寸(宽度和长度)可以是例如根据透镜保持构件43的尺寸和重量或者高分子化合物膜51的期望位移来自由地设定。高分子化合物膜51的位移根据沿着透镜保持构件43的光轴Zl的期望移动来设定。(图像拍摄装置2的操作和效果)
随后，将描述本实施例的图像拍摄装置2的操作和效果。(1.聚合物致动器元件441和442的操作)首先，将参照图8A和8B说明聚合物致动器元件441和442的操作。图8A和8B 分别利用剖视图示意性地图示了聚合物致动器元件441和442的操作。首先，对将包括阳离子和极性溶剂的物质用作阳离子物质的情况进行说明。在此情况下，阳离子物质大致均勻地散布在高分子化合物膜51中，因此，处于无电压施加状态下的聚合物致动器元件441和442成为平坦无弯曲(图8A)。这里，当利用电压供应部分451建立了施加电压状态(开始驱动电压Vd的施加)时，聚合物致动器元件 441和442实现以下动作。当例如预定驱动电压Vd被施加在电极膜52A和52B之间使得电极膜52A处于负电位而电极膜52B处于正电位时，处于在极性溶剂中被溶剂化的状态的阳离子向电极膜52A侧移动。此时，阴离子在高分子化合物膜51中几乎不移动，因而在高分子化合物膜51中，电极膜52A侧膨大，而电极膜52B侧收缩。结果，如图8B所示，聚合物致动器元件441和442作为整体朝向电极膜52B侧弯曲。随后，当通过去除电极膜52A和 52B之间的电位差来建立无电压施加状态(停止驱动电压Vd的施加)时，在高分子化合物膜51中向电极膜52A侧偏移了的阳离子物质(阳离子和极性溶剂)扩散，并返回如图8A 所示的状态。此外，当从图8A所示的无电压施加状态将预定驱动电压Vd施加在电极膜52A 和52B之间使得电极膜52A改变为正电位而电极膜52B改变为负电位时，处于在极性溶剂中被溶剂化的阳离子向电极膜52B侧移动。在此情况下，在高分子化合物膜51中，电极膜 52A侧收缩而电极膜52B侧膨大，因此作为整体，聚合物致动器元件441和442朝向电极膜 52A侧弯曲。接着，对将包含液体离子的离子液体用作阳离子物质的情况进行说明。同样在此情况下，类似地，在无电压施加的状态下，离子液体被大致均勻地散布在高分子化合物膜51中，因此，如图8A所示，聚合物致动器元件441和442成为平坦。这里， 当通过利用电压供应部分451建立了施加电压状态(开始驱动电压Vd的施加)时，聚合物致动器元件441和442实现以下动作。当例如预定驱动电压Vd被施加在电极膜52A和52B 之间使得电极膜52A处于负电位而电极膜52B处于正电位时，离子液体的阳离子向电极膜 52A侧移动，而阴离子在作为阳离子交换薄膜的高分子化合物膜51中几乎不移动。由此， 在高分子化合物膜51中，电极膜52A侧膨大，而电极膜52B侧收缩。结果，如图8B所示， 聚合物致动器元件441和442作为整体朝向电极膜52B侧弯曲。随后，当通过去除电极膜 52A和52B之间的电位差来建立无电压施加状态(停止驱动电压Vd的施加)时，在高分子化合物膜51中向电极膜52A侧搬迁了的阳离子扩散，并返回如图8A所示的状态。此外，当从图8A所示的无电压施加状态将预定驱动电压Vd施加在电极膜52A和52B之间使得电极膜52A改变为正电位而电极膜52B改变为负电位时，离子液体的阳离子向电极膜52B侧移动。在此情况下，在高分子化合物膜51中，电极膜52A侧收缩而电极膜52B侧膨大，因此作为整体，聚合物致动器元件441和442朝向电极膜52A侧弯曲。(2.图像拍摄装置2的操作)随后，将参照图9A和9B说明图像拍摄装置2的操作。图9A和9B每一者以立体示了在图像拍摄装置2中透镜模组4的操作。图9A图示了操作之前的状态，而图9B 图示了操作之后的状态。
在如图3和4以及如图9A和9B所示的图像拍摄装置2中的透镜模组4中，通过利用一对聚合物致动器元件441和442来驱动透镜保持构件43，透镜48成为可沿着光轴 Zl移动。这样，在透镜模组4中，通过采用聚合物致动器元件441和442的驱动单元(透镜驱动单元)来沿着光轴Zl驱动透镜48。(3.加热聚合物致动器元件441和442的技术)随后，将详细说明作为本发明的特征部分之一的通过电压供应部分451、控制部分 452和存储部分453来加热聚合物致动器元件441和442的技术(加热控制)。首先，在聚合物致动器元件441和442中，如图10所示，例如，与室温环境(这里例如为约25°C)相比，在低温环境(这里例如为约-30°C)下元件特性下降(劣化)。具体而言，如图所示的聚合物致动器元件441和442的位移(这里解释为归一化振幅)减小，且工作速度降低。这是由于以下事实在聚合物致动器元件441和442中，与室温环境相比， 在低温环境下上述高分子化合物膜51 (离子交换树脂膜)中的离子迁移率降低。因此，可以构思在元件外部设置热源(加热器)，以改善低温环境下这些聚合物致动器元件441和442的特性。但是，分别设置这些专用热源使得装置构造较大(复杂)。因此，在本实施例中，如下文将详细说明的，经由固定电极440A、440B、440C和 440D，除了驱动电压Vd之外，电压供应部分451还将加热电压Vh供应给聚合物致动器元件 441和442。这允许通过聚合物致动器元件441和442本身产生的热(通过使用元件本身作为热源)使元件的温度升高，而无需分别地设置位于元件外部的上述专用热源。由此，如将在后文所述，可以改善聚合物致动器元件441和442在低温环境下的特性(位移或工作速度)(例如，见图10中的箭头)。换言之，即使在低温环境下也可以获得与室温环境下特性相当或更优的特性。具体而言，例如如图IlA和IlB示意性地示出，本实施例的电压供应部分451将驱动电压Vd (这里，沿着Z轴方向)施加在各个聚合物致动器元件441和442中的一对电极膜52A和52B之间。具体而言，电压供应部分451将驱动电压Vd施加至固定电极440A和 440B之间、并施加至固定电极440C和440D之间。另一方面，本实施例的电压供应部分451 沿着各个聚合物致动器元件441和442中的各个电极膜52A和52B的膜内方向(这里，沿着Y轴方向)供应加热电压Vh。具体而言，电压供应部分451将加热电压Vh供应至固定电极440A和440C之间、并供应至固定电极440B和440D之间。更具体而言，在本实施例中， 如图中的箭头所示，电压供应部分451选择性地将加热电压Vh供应至聚合物致动器元件 441和442中的固定构件42侧(固定侧)的区域(根部侧的区域)。换言之，电压供应部分451在位于聚合物致动器元件441和442的根部侧的区域中沿着宽度方向(这里，Y轴方向)供应加热电压Vh。这使得与将在后文说明的修改方案2(从固定侧沿着可动侧供应加热电压Vh的技术的示例)相比可以简化供应加热电压Vh的布线结构。此外，在聚合物致动器元件441和442中位移相对较大的根部区域受到选择性的加热，因此与修改方案2的技术相比可以有效地加热元件。图12是图示根据本实施例加热聚合物致动器元件441和442的技术的示例的流程图。在此技术中，首先，作为前提，电压供应部分451将驱动电压Vd供应至聚合物致动器元件441和442，从而使得这些聚合物致动器元件441和442进行操作(变形)(步骤Sll)。随后，由未示出的测量部分(检测部分)来直接或间接测量聚合物致动器元件441 和442周围的环境温度T(步骤S12)。具体而言，例如，通过诸如温差电偶之类的外部温度传感器等来直接检测环境温度T。或者，通过利用表示(当驱动电压Vd恒定时)元件中流动的测量驱动电流I与环境温度T之间的关系的特性数据、表示元件的工作速度ν与环境温度T之间的关系的特性数据等，基于测量驱动电流I或工作速度v，来间接地检测环境温度T(例如，见图13)。此时，可以例如利用未示出的电表来执行对驱动电流I的测量，并可以例如利用霍尔元件47A和47B中的测量结果来执行对工作速度ν的测量。此外，上述表示环境温度T与驱动电流I或工作速度ν之间的关系的特性数据可以预先保存在例如存储部分453中。随后，基于以此方式直接或间接地检测到的环境温度T，控制部分452首先判定 (决定)是否要供应(是否需要供应)加热电压Vh(步骤S13)。具体而言，例如，当检测到的环境温度T低于预定阈值温度Tth (环境处于低温环境)时，控制部分452判定为需要供应加热电压Vh。另一方面，当检测到的环境温度T高于上述阈值温度Tth (环境不是低温环境)时，控制部分452判定为不需要供应加热电压Vh。当控制部分452判定为(决定)不需要供应加热电压Vh(步骤S13 “否”)，则电压供应部分451不供应加热电压Vh(或者，停止供应加热电压Vh或降低加热电压Vh的值)(步骤S14)。此后，流程进行至后述的步骤 S17。另一方面，当控制部分452判定为(决定)需要供应加热电压Vh (步骤S13 “是”) 时，控制部分452随后基于上述环境温度T等来判定要供应的加热电压Vh的大小、波形等 (步骤SM)。具体而言，控制部分452判定加热电压Vh的大小(电压值)，加热电压Vh是直流(DC)电压还是交流(AC)电压，在AC电压情况下的频率，等等。当供应相同加热电压 Vh时，固定电极440A、440B、440C和440D的电阻值越低，则聚合物致动器元件441和442中的发热量越大。这是基于如下关系表达式焦耳热Q=(驱动电压Vd2/固定电阻的电阻值 R)。这里，在上述的如图5所示的固定电极440A、440B、440C和440D的布置构造中，将考虑例如如图14A示意性地图示的状况。在此状况中，在位于各个聚合物致动器元件441和 442的两端处沿着Y轴方向的驱动电压Vdl和Vd2以彼此相等的方式被供应的条件下作为要被供应的电压的组合，有所述的如图14B和14C所示的两种组合。注意，在图中，VcUVdl 和Vd2各个表示任一 DC或AC驱动电压(兴0伏)，Vh、Vhl和Vh2各个表示任一 DC或AC 加热电压(兴0伏)，并且各个箭头的方向表示压降(正电位差)的方向。首先，在如图14A所示的状况下，当如上所述驱动电压Vdl和Vd2彼此相等(Vdl = Vd2)时(当防止高分子化合物膜51中离子偏移的发生时)，基于基尔霍夫法则满足以下表达式(1)。这里，当将上述Vdl =Vd2的条件带入此表达式⑴时，满足Vhl =Vh2。因此， 存在两种电压组合当Vhl =Vh2>0(对应于图14B)时，以及当Vhl = Vh2<0(对应于图14C)时。此时的驱动电压Vd和加热电压Vh是彼此独立的任意电压(各个电压值和相位可以是不同的)。此外，可以通过调节要供应至固定电极440A、440B、440C和440D的电压，来独立地判定驱动电压Vd和加热电压Vh。Vdl = Vhl+Vd2-Vh2......(1)
此外，作为加热电压Vh，可以例如使用如图15A所示的DC电压或如图15B所示的 AC电压，但是使用AC电压是理想的。这是为了防止沿着高分子化合物膜51中的膜厚度方向发生离子偏移(从而防止发生不期望的变形)。接着，电压供应部分451将由控制部分452以此方式确定的加热电压Vh供应至聚合物致动器元件441和442 (步骤S16)。随后，控制部分452根据例如来自用户的命令等来判定是否停止如图12所示的整个加热控制(步骤S17)。当判定为不停止(继续)加热控制时(步骤S17:“否”)，流程返回至上述步骤S12，并且当判定为要停止加热控制时(步骤 S17 “是”)，整个控制结束。图16A和16B图示了根据本实施例的示例施加加热电压Vh的效果。图16A图示了聚合物致动器元件441和442的时间(电压施加时间)和位移之间的关系，图16B图示了在聚合物致动器元件441和442的操作期间加热电压Vh与振幅之间的关系。注意，在此示例中，环境温度T =-20°C，驱动电压Vd = 1伏(士1伏)，且驱动电压Vd的频率f= IHz0 此外，图16A中的各个箭头表示当开始驱动电压Vd的供应时的时刻。首先，当将加热电压Vh = 0的情况和加热电压Vh = 5伏的情况彼此比较时，从图 16A可见，供应加热电压Vh = 5显著增大了聚合物致动器元件441和442的位移，改善了低温环境下的特性。此外，从图16B可见，聚合物致动器元件441和442的振幅随着此加热电压Vh的电压值的增大而指数级地增大，进一步改善了低温环境下的特性。在如上所述的本实施例中，驱动电压Vd和加热电压Vh被供应至聚合物致动器元件441和442，因此，可以通过聚合物致动器元件441和442自身的发热来提高元件的温度，并可以在无需分别地设置外部专用热源的情况下提高低温环境下元件的位移、工作速度等。因此，可以在减小尺寸(重量)的同时改善低温环境下的特性。此外，加热电压Vh被选择性地供应至聚合物致动器元件441和442中位于固定构件42侧(固定侧)的区域(根部侧的区域)，因此与将在后文说明的修改方案2的技术相比，可以简化供应加热电压Vh的布线结构。此外，聚合物致动器元件441和442中位移相对较大的根部区域被选择性地加热，因此与修改方案2的技术相比可以有效地加热元件。[修改方案]随后，将说明实施例的修改方案(修改方案1-3)。注意，将赋予与实施例的元件相同的元件与实施例的标号相同的标号，并将适当地省略描述。(修改方案1)图17A至17C各个以示意示了根据修改方案1的聚合物致动器元件441和442 以及固定电极(这里，取固定电极440A和440C作为示例)的构造示例。在本修改示例中， 在基本使用上述实施例中的固定电极的构造的情况下，将加热电压Vh(从固定侧沿着可动侧)供应至各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52A和52B的每一者中的整个表面。具体而言，在如图17A所示的示例中，一对固定电极440A和440C在固定构件42 侧(固定侧)被设置在各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52B上。在聚合物致动器元件441和442中，通过在这些固定电极440A和440C之间的区域中从固定侧的端部向相对侧(向X轴的正方向)切割整个元件(各个膜)而形成槽口 40C(第一槽口部分)。这使得可以在使用上述实施例中的固定电极的构造的情况下，将加热电压Vh(从固定侧沿着可动侧)供应至各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52A和52B的每一者中的整个表面。换言之，与将在后文说明的修改方案2的技术相比，这可以在简化固定电极的构造的情况下，将加热电压Vh (从固定侧沿着可动侧)供应至电极膜52A和52B的每一者中的整个表面。此外，相似地，在如图17B所示的示例中，一对固定电极440A和440C在固定构件 42侧(固定侧)被设置在各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52B上。在聚合物致动器元件441和442中，通过在这些固定电极440A和440C之间的区域中从固定侧的端部向相对侧(向X轴的正方向)选择性地切割聚合物致动器元件441和442而形成槽口 40C(第二槽口部分)。这使得可以在使用上述实施例中的固定电极的构造的情况下，将加热电压Vh(从固定侧沿着可动侧)供应至各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52A 和52B的每一者中的整个表面。此外，与如图17A所示的示例相比，如图17B所示的示例具有容易形成槽口 40C的优点。此外，相似地，在如图17C所示的示例中，一对固定电极440A和440C在固定构件 42侧(固定侧)被设置在各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52B上。在电极膜 52B(52A)上，设置有布线(例如，金属布线)40W，其从固定侧经由相对侧(可动侧)建立了一对固定电极440A和440C之间的电连接。这使得可以在使用上述实施例中相似的固定电极的构造的情况下，将加热电压Vh(从固定侧沿着可动侧)供应至各个聚合物致动器元件 441和442的电极膜52A和52B的每一者中的整个表面。此外，在如图17C所示的示例中， 与如图17A和17B所示的示例相比，在提供相同的加热电压Vh时，可以提高加热效率，并可以设置更容易提高温度的结构。以此方式，在本修改方案中，可以将加热电压Vh (从固定侧沿着可动侧)供应至各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52A和52B的每一者中的整个表面，因此可以加热整个元件。此外，与将在下文说明的修改方案2的技术相比，可以实现固定电极的简化构造。[修改方案2]图18A和18B各个以示意立体示了根据修改方案2施加驱动电压Vd和加热电压Vh的技术。在本修改方案中，虽然改变了如上所述的实施例和修改方案1中的固定电极的构造，但是与修改方案1相似，将加热电压Vh(从固定侧沿着可动侧)供应至各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52A和52B每一者的整个表面。具体而言，如例如图18A和18B示意性示出的，本修改方案的电压供应部分451首先如上述实施例中那样在各个聚合物致动器元件441和442中的一对电极膜52A和52B之间供应驱动电压Vd。更具体而言，电压供应部分451将驱动电压Vd供应至固定电极440A 和440B之间，并供应至固定电极440C和440D之间。此外，如在上述实施例中那样，电压供应部分451在各个聚合物致动器元件441和442中的电极膜52A和52B每一者的膜内方向上供应加热电压Vh。具体而言，电压供应部分451将加热电压Vh供应至固定电极440A和 440C之间，并供应至固定电极440B和440D之间。但是，与上述实施例不同的是，如图中箭头所示，本修改方案的电压供应部分451 将加热电压Vh从聚合物致动器元件441和442中位于固定构件42侧(固定侧，或根部侧) 的部分沿着相对侧(可动部分侧)(这里，沿着X轴方向)供应。换言之，电压供应部分451 沿着从聚合物致动器元件441和442的根部侧向(长度方向上的)末端的方向供应加热电压Vh。为此，在本修改方案中，仅固定电极440C和440D被设置在固定部分侧，而固定电极 440A和440B被设置在可动部分侧(末端侧)。因此，在本修改方案中，如上述修改方案1中那样，可以将加热电压Vh (从固定侧沿着可动侧)供应至各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52A和52B的每一者中的整个表面。图19A和19B图示了根据本发明的示例施加加热电压Vh的效果。图19A图示了时间(电压施加时间)与聚合物致动器元件441和442的位移之间的关系，且图19B图示了在聚合物致动器元件441和442的操作期间加热电压Vh与振幅之间的关系。注意，在此示例中，环境温度T = -20°C，驱动电压Vd = 2伏(士2伏)，且驱动电压Vd的频率=IHz。 此外，图19A中的箭头表示当开始供应驱动电压Vd时的时刻。首先，当将加热电压Vh = 0的情况与加热电压Vh = 4的情况彼此比较时，从图 19A可见，供应加热电压Vh = 4伏显著增大了聚合物致动器元件441和442的位移，改善了低温环境下的特性。此外，从图19B可见，聚合物致动器元件441和442的振幅随着加热电压Vh增大而指数级地增大，进一步改善了低温环境下的特性。由此，在本修改方案中，可以将加热电压Vh (从固定侧沿着可动侧)供应至各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52A和52B的每一者中的整个表面，因此可以加热整个元件。[修改方案3]图20A和20B分别以示意立体示了根据修改方案3施加驱动电压Vd和加热电压Vh的技术。在本修改方案中，与至此说明的修改方案1和2不同，加热电压Vh被施加在各个聚合物致动器元件441和442的电极膜52A和52B之间。具体而言，例如如图20A和20B示意性示出的，本实施例的电压供应部分451首先如在上述实施例等中那样将驱动电压Vd供应在各个聚合物致动器元件441和442中的一对电极膜52A和52B之间。具体而言，在本修改方案中，电压供应部分451将驱动电压Vd 供应在固定电极440C和440D之间。但是，与上述实施例等不同的是，如图中箭头所示，本修改方案的电压供应部分 451除了驱动电压Vd之外还将加热电压Vh供应在各个聚合物致动器元件441和442中的一对电极膜52A和52B之间。具体而言，在本修改方案中，电压供应部分451还将加热电压 Vh供应在固定电极440C和440D之间。以此方式，在本修改方案中，驱动电压Vd和加热电压Vh两者均被供应在各个聚合物致动器元件441和442中的一对电极膜52A和52B之间。更具体而言，例如如图2IA和2IB所示，电压供应部分451通过将高频AC电压(例如，约IkHz)的加热电压Vh叠加在DC电压或AC电压的驱动电压Vd上来供应加热电压Vh 和驱动电压Vd。归功于这种构造，在本修改方案中，处于不会使得聚合物致动器元件441和442进行跟随(变形)的程度的高频的加热电压Vh被叠加在驱动电压Vd上，因此可以获得与上述实施例等中相似的效果。换言之，可以通过由聚合物致动器元件441和442本身产生的热来提高元件的温度，并增大元件在低温环境下的位移或工作速度，而无需分别地设置外部专用热源。因此，可以在减小尺寸(重量)的同事改善低温环境下的特性。此外，尤其在本修改方案中，如图20A和20B所示，可以仅设置两个固定电极440C和440D，与其中设置四个固定电极440A、440B、440C和440D的上述实施例等相比，可以用更简单的构造来实施，并允许进一步的尺寸缩小(重量减轻)。[其他修改方案]已经通过利用实施例和修改方案说明了本技术，但本技术不限于这些实施例等， 并可以进行各种修改。例如，供应驱动电压Vd和加热电压Vh的技术及其波形等不限于实施例等中所述的那些，而是可以采用其他技术和波形。此外，作为实施例等中所述的电压供应部分451，供应驱动电压Vd的部分和供应加热电压Vh的部分可以分别地设置，或者供应这两种电压的部分可以共用(整合)设置。但是，当供应驱动电压Vd的部分和供应加热电压Vh的部分分别地设置时，期望分别地提供驱动电极和加热电极。这是因为如果这些电极共用，则会不能供应独立的电压。此外，已经针对设置一对聚合物致动器元件的情况对实施例等进行了说明，但是聚合物致动器元件可以不是一对，而可以设置一个或三个或更多个聚合物致动器元件。此外，聚合物致动器元件的形状不限于各个实施例等中的那些，其层叠结构不限于各个实施例等中所述的那些，并可以适当进行修改。此外，透镜模组(驱动单元)中的各个构件的形状、材料等也不限于实施例等中所述的那些。此外，已经通过将沿着光轴驱动透镜的透镜驱动单元作为根据本发明的实施例的驱动单元的示例来对实施例等进行了说明，但是驱动单元不限于此情况。换言之，除了这种透镜驱动单元之外，根据本发明的实施例的驱动单元可应用于例如驱动隔膜等的驱动单元 (见日本未经实审的专利申请公开第2008-259381号等)。此外，根据本发明的实施例的驱动单元、透镜模组以及图像拍摄装置可应用于除了以上实施例等中所述的便携式电话之外的各种电子装置。本申请包含于2010年8月16日向日本专利局递交的日本在先专利申请JP 2010-181716中揭示的相关主题，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。本领域的技术人员可以理解，在所附权利要求的范围或其等同范围内，取决于设计要求或其他因素，可以进行各种不同的改变、组合、子组合及替换。
权利要求
1.一种驱动单元，包括一个或多个聚合物致动器元件；以及电压供应部分，其将驱动电压和加热电压供应至所述聚合物致动器元件。
2.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述聚合物致动器元件包括 一对电极膜；以及插入在所述一对电极膜之间的聚合物膜。
3.根据权利要求2所述的驱动单元，其中，所述电压供应部分将所述驱动电压供应在所述一对电极膜之间，并在所述电极膜的每一者的膜内方向上供应所述加热电压。
4.根据权利要求3所述的驱动单元，还包括 固定构件，其固定所述聚合物致动器元件的一端部。
5.根据权利要求4所述的驱动单元，其中，所述电压供应部分选择性地将所述加热电压供应至所述聚合物致动器元件中位于所述固定构件侧的区域。
6.根据权利要求4所述的驱动单元，还包括多个固定电极，其在所述固定构件侧布置在各个所述电极膜上，并被供应所述加热电压，其中，所述聚合物致动器元件具有通过切割各个膜而从位于所述多个固定电极之间的区域中在所述固定构件侧的端部朝向其相对侧形成的第一槽口部分。
7.根据权利要求4所述的驱动单元，还包括多个固定电极，其在所述固定构件侧布置在各个所述电极膜上，并被供应所述加热电压，其中，所述聚合物致动器元件具有通过选择性地切割所述一对电极膜而从位于所述多个固定电极之间的区域中在所述固定构件侧的端部朝向其相对侧形成的第二槽口部分。
8.根据权利要求4所述的驱动单元，还包括多个固定电极，其在所述固定构件侧布置在各个所述电极膜上，并被供应所述加热电压；以及布线，其实现所述多个固定电极之间从所述固定构件侧经由其相对侧的电连接。
9.根据权利要求4所述的驱动单元，其中，所述电压供应部分从所述聚合物致动器的固定构件侧沿着其相对侧供应所述加热电压。
10.根据权利要求2所述的驱动单元，其中，所述电压供应部分将所述驱动电压和所述加热电压两者均供应在所述一对电极膜之间。
11.根据权利要求10所述的驱动单元，其中，所述电压供应部分将高频交流电压的加热电压叠加在所述驱动电压上进行供应。
12.根据权利要求1所述的驱动单元，其中，所述加热电压是交流电压。
13.根据权利要求1所述的驱动单元，还包括控制部分，其基于直接或间接检测到的环境温度，来判定是否供应所述加热电压，以及要供应的加热电压的大小和波形。
14.根据权利要求1所述的驱动单元，其被构造作为驱动透镜的透镜驱动单元。
15.一种透镜模组，包括 透镜；以及驱动单元，其驱动所述透镜， 其中，所述驱动单元包括 一个或多个聚合物致动器元件；以及电压供应部分，其将驱动电压和加热电压供应至所述聚合物致动器元件。
16. 一种图像拍摄装置，包括 透镜；图像拍摄元件，其获取通过透镜成像而得到的图像拍摄信号；以及驱动单元，其驱动所述透镜， 其中，所述驱动单元包括 一个或多个聚合物致动器元件；以及电压供应部分，其将驱动电压和加热电压供应至所述聚合物致动器元件。
全文摘要
本发明提供了驱动单元、透镜模组、以及图像拍摄装置，其中驱动单元可以在实现尺寸缩小的同时改善低温环境下的特性，透镜模组以及图像拍摄装置设置有驱动单元。该驱动单元包括一个或多个聚合物致动器元件；以及电压供应部分，其将驱动电压和加热电压供应至聚合物致动器元件。
文档编号H04N5/225GK102375204SQ201110229490
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月9日 优先权日2010年8月16日
发明者加藤祐作, 永井信之, 石田武久 申请人:索尼公司