現在の iOS デバイスはカメラのオートフォーカス機能に従来のボイスコイルモーターを採用していますが、Apple はよりスリムで電力効率の高い端末設計につながる可能性のある独自の MEMS ソリューションを検討しています。
米国特許商標庁は火曜日、小型カメラのレンズパッケージを小型化するためのマイクロレベルの機械の斬新な実装を詳述した「MEMSオートフォーカスアクチュエータ」に関する米国特許第8,711,495号をAppleに付与した。
Appleが指摘しているように、現在の多くのデバイスは、iPhoneに搭載されているような小型カメラアレイのオートフォーカスシステムを駆動するためにボイスコイルモーター（VCM）を採用しています。比較的高い消費電力や低い駆動力といった欠点はあるものの、VCMは堅牢でシンプルな設計のため、依然として主流のアクチュエータ技術となっています。
Appleによると、MEMS（微小電気機械システム）を含む他の駆動方式もテスト済みだが、最近までその最先端技術は大量導入に十分な成熟度に達していなかったという。しかし、VCMと比較すると、静電コームドライブをベースとしたシリコンMEMS技術は、より高速で電力効率が高く、適切に設計すればコストも抑えられる。
出典: USPTO
興味深いことに、従来のアクチュエータよりもはるかに小型であるという最大の魅力が、MEMSソリューションの商業化を阻んできました。その機構は繊細で、製造が困難な設計を必要とします。
Appleの発明は、レンズ素子と静電アクチュエータに一体化された偏向ビームを導入することで、2つの主要な問題を解決しようとしています。パッケージ全体をシリコンウェハから製造することで、一体化された単一の構造を実現できます。
この方法は、上図に示すように、ホストデバイスの一部として、またはカメラモジュール自体に取り付け可能な支持部材から始まります。中央のレンズホルダーまたはレンズ要素は、偏向ビームとレンズに対してほぼ固定された「弾性アーム」の間に取り付けられます。
レンズを動かすために、静電アクチュエータが用いられます。このアクチュエータは、一実施形態では、連動するフィンガーを備えた櫛歯状の駆動部で構成されています。アクチュエータに電圧が印加されると、レンズに接続され、固定駆動部の前に吊り下げられた可動駆動部が変位します。
可動部材は、支持部材から放射状に内側に伸びる1本または複数本の偏向ビームを介して、レンズスタックおよび下方のセンサーと平行に、つまり光軸に沿って上下に移動します。レンズをレンズホルダーに挿入する際などに力が加わると、ビームは外側に押し出され、座屈して双安定状態を形成します。
座屈した梁の力により、アクチュエータに印加された電圧は静電力を発生させ、可動駆動部材を固定駆動部材に向かって引き寄せたり押し戻したりします。この文書では、この座屈は動作に不可欠な要素であり、保持アームまたはシステム電源の慎重な適用によって維持する必要があると指摘されています。
他の実施形態では、レンズリングと代替の偏向ビーム構成、およびレンズリング内でのレンズの傾斜について説明しています。その他の測定値と仕様についても、より詳細に説明しています。
Apple がこの発明を今後の iOS 製品に組み込むかどうかは不明だが、MEMS 技術は同社の小型化が進む携帯電話やタブレットの設計にぴったりだろう。
競合するスマートフォンメーカーも同様のMEMSフォーカス技術を自社製品に取り入れていると噂されており、注目すべき例としてはOppoの次期Find 7が挙げられる。しかし、1月には、OppoのMEMSアクチュエータサプライヤーと噂されるDigitalOpticsが、同社の再編に伴い「mems|cam」の製造を中止すると発表していた。
Apple の MEMS オートフォーカス アクチュエータの特許は、2012 年 10 月に初めて申請され、Richard J. Topliss 氏がその発明者として認められています。
