アップル、人工筋肉で作られたiPhoneカメラレンズアクチュエーターを発明

米特許商標庁は木曜日、焦点と絞りのサイズを制御するために従来のモーターではなく単一の人工筋肉構造を使用するカメラレンズアクチュエーターの構築方法に関するアップルの特許出願を公開した。

Apple の「人工筋肉カメラレンズアクチュエータ」という適切な名前の申請書類によると、人工筋肉技術をカメラのオートフォーカスアクチュエータに適用するという提案は以前から出回っていたが、この技術のベースとなる電気活性ポリマー (EAP) 材料は最近まで大量生産に適していなかったという。

ビデオゲームコンソールのリモコンなどのデバイスにおける触覚フィードバック機能の普及により、材料を大量生産するための適切なエンジニアリングの歯車は整っているが、カメラのオートフォーカスアクチュエータに合わせた正確な生産設計はまだ検証されていない。

そのため、Appleは、下図に示すように、円錐台形状のEAP層を用いた微小電気機械システム（MEMS）設計を提案しています。人工筋肉構造の先端には、カメラの絞りとして使用される開口部があり、層の前面と背面に取り付けられた、またはスクリーン印刷された相補的な電極によって可変的に変位させることができます。

EAP層自体は、2つのフレキシブル電極の間に挟まれた1層以上のポリマー材料層から構成されます。電圧が印加されると、電位差によって電界が発生し、ポリマー層内の導電性粒子が活性化されて大きな力が生じ、構造が伸長します。

上の例では、正極側の「e+」と負極側の「e-」で示される電位差によって、後方に力が作用している様子を示しています。レンズ鏡筒またはレンズホルダーに取り付けられたバネは、最初の力に打ち勝つ荷重を受けた反対方向の力を発生させ、これにより撮像軸に沿った前後方向の移動を促進します。

人工筋肉の構造を詳しく見ると、下の画像は、変位制御と可変絞り制御の両方を単一の機構で実現する方法を示しています。この構造では、EAP層の内側に正極を配置し、その基部から先端にかけて隙間を設けることで、レンズ鏡筒の動きを制御する2つの独立した駆動セグメントに分割しています。

形成されたギャップ内に第3の電極を配置することで、2つの駆動セグメントとは独立して電極の電位を変化させることで、EAP材料に形成される開口部を可変制御できます。あるいは、第3の電極に対する2つの駆動セグメントの電位を変化させることで、開口部のサイズを制御することもできます。

Apple は、人工筋肉構造は比較的大きな光学系を搭載でき、消費電力が極めて低いという利点があると指摘している。

Appleがこの技術を将来のiOSデバイスに採用するかどうかは依然として不明です。しかし、iPhoneのようなポータブルデバイスは世代を追うごとに薄型化が進んでおり、Appleは近いうちに、現行モデルで使用されているやや大型のボイスコイルモーターに代わるソリューションを模索する必要に迫られるかもしれません。

Apple の人工筋肉カメラレンズアクチュエータの特許出願は、2013 年 8 月に初めて出願され、Aurelien R. Hubert、Douglas S. Brodie、Iain A. McAllister、Jeffrey N. Gleason が発明者として名を連ねています。