(57)【要約】【課題】大型化を防止しつつ光学素子の位置を検出する。【解決手段】レンズ４と、レンズ４を光軸方向Ｘに移動させるアクチュエータ５と、レンズ４が所定の基準位置Ｐに移動した場合に当該レンズ４と当接する基準部材６とを備える光学ユニット３において、レンズ４は、圧電材料で形成されるとともに、光軸方向Ｘに電極４２で挟まれており、アクチュエータ５によってレンズ４が移動して基準部材６と当接する際に、当該レンズ４の位置に対応する電圧値を電極４２から出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、
前記光学素子を光軸方向に移動させるアクチュエータと、
前記光学素子が所定の基準位置に移動した場合に当該光学素子と当接する基準部材とを備える光学ユニットにおいて、
前記光学素子と、前記基準部材と、前記光学素子を支持する鏡枠とのうち、何れか１つの部材は、
圧電材料で形成されるとともに、
前記光軸方向に電極で挟まれており、
前記アクチュエータによって前記光学素子が移動して前記基準部材と当接する際に、当該光学素子の位置に対応する電圧値を前記電極から出力することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の光学ユニットにおいて、
前記何れか１つの部材は、
前記圧電材料を延伸することで圧電性が付与されて形成されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載の光学ユニットにおいて、
前記何れか１つの部材は、
バイモルフ構造を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記電極から出力される電圧値に基づいて前記光学素子の位置を検出する位置検出部を備え、
前記位置検出部は、
前記電極から出力される電圧値と、所定の閾値とを比較することにより、前記光学素子が前記基準部材に当接したか否かを判定することを特徴とする光学ユニット。
【請求項５】
請求項４記載の光学ユニットにおいて、
前記位置検出部は、
前記電極から出力される電圧値と、複数の所定の閾値とを比較することにより、前記光学素子が前記基準部材に当接して、当該光学素子の光学面が前記光軸方向における複数の所定位置のうち、何れの所定位置に移動したかを判定することを特徴とする光学ユニット。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記何れか１つの部材は、前記光学素子であることを特徴とする光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話などに搭載されるカメラユニットでは、小型化とともに高性能化が図られており、レンズを鏡枠などと一緒にアクチュエータによって光軸方向に駆動することにより、オートフォーカスやズームを行うようになっている。
【０００３】
ところで、レンズをアクチュエータによって駆動する場合、アクチュエータの種類によっては、レンズ位置を検出して駆動制御を行う必要がある。そのため、近年のカメラユニットでは、レンズの位置検出センサーが当該レンズの鏡枠に別体として設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１３１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レンズの鏡枠に位置検出センサーを別体として設ける場合には、その分、ユニットが大型化してしまう。
【０００６】
本発明の課題は、大型化を防止しつつ光学素子の位置を検出することのできる光学ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
光学素子と、
前記光学素子を光軸方向に移動させるアクチュエータと、
前記光学素子が所定の基準位置に移動した場合に当該光学素子と当接する基準部材とを備える光学ユニットにおいて、
前記光学素子と、前記基準部材と、前記光学素子を支持する鏡枠とのうち、何れか１つの部材は、
圧電材料で形成されるとともに、
前記光軸方向に電極で挟まれており、
前記アクチュエータによって前記光学素子が移動して前記基準部材と当接する際に、当該光学素子の位置に対応する電圧値を前記電極から出力することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光学ユニットにおいて、
前記何れか１つの部材は、
前記圧電材料を延伸することで圧電性が付与されて形成されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光学ユニットにおいて、
前記何れか１つの部材は、
バイモルフ構造を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記電極から出力される電圧値に基づいて前記光学素子の位置を検出する位置検出部を備え、
前記位置検出部は、
前記電極から出力される電圧値と、所定の閾値とを比較することにより、前記光学素子が前記基準部材に当接したか否かを判定することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の光学ユニットにおいて、
前記位置検出部は、
前記電極から出力される電圧値と、複数の所定の閾値とを比較することにより、前記光学素子が前記基準部材に当接して、当該光学素子の光学面が前記光軸方向における複数の所定位置のうち、何れの所定位置に移動したかを判定することを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記何れか１つの部材は、前記光学素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光学素子と、基準部材と、光学素子を支持する鏡枠とのうち何れか１つの部材は圧電材料で形成されるとともに、光学素子の光軸方向に電極で挟まれており、アクチュエータによって光学素子が移動して基準部材と当接する際に、当該光学素子の位置に対応する電圧値を電極から出力するので、出力される電圧値に基づいて光学素子の位置を検出することができる。従って、光学素子と、基準部材と、鏡枠とのうちの何れか１つの部材自体を光学素子の位置検出センサーとすることができるため、レンズの鏡枠に位置検出センサーを別体として設ける従来の場合と異なり、光学ユニットの大型化を防止することができる。よって、大型化を防止しつつ光学素子の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】携帯電話機の外観図である。
【図２】カメラユニットの概略構成を示す図である。
【図３】位置検出部を説明するための図である。
【図４】第２の実施形態におけるカメラユニットの概略構成を示す図である。
【図５】基準部材本体の形成方法を説明するための図である。
【図６】変形例における位置検出部の動作を説明するための図である。
【図７】バイモルフ構造を有する基準部材を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照して、本発明に係る光学ユニットについて詳細に説明する。なお、本実施形態では、本発明に係る光学ユニットを、携帯電話機のカメラユニットの一部として説明する。
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本実施の形態における携帯電話機１００の外観図である。
この図に示すように、携帯電話機１００は、背面側にカメラユニット２００、正面側に液晶画面１０１を備えており、カメラユニット２００で捉えた被写体像を液晶画面１０１に表示するようになっている。これにより、ユーザは、液晶画面１０１に表示される被写体像を確認しながら、所望する被写体の撮像を行えるようになっている。
【００１７】
図２は、カメラユニット２００の概略構成を示す断面図である。
この図に示すように、カメラユニット２００は、撮像素子２０１と、光学ユニット３とを有している。
【００１８】
撮像素子２０１は、入射光を取り込んで電気信号に変換するものである。このような撮像素子２０１としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）など、従来より公知の撮像素子を用いることができる。
【００１９】
光学ユニット３は、被写体像を撮像素子２０１に結像させるものであり、撮像素子２０１に対向して配設されている。この光学ユニット３は、レンズ４と、レンズ４を移動させるアクチュエータ５と、所定の基準位置Ｐに移動したレンズ４に当接する基準部材６とを備えている。なお、図２では、図示の便宜上、レンズ４、アクチュエータ５及び基準部材６を１組のみ図示しているが、これらが複数組（例えば、ズームやフォーカス等において光軸方向へ移動する群ごとに）、光学ユニット３に含まれることとしても良い。また、この図２では、図示の便宜上、アクチュエータ５を概念的に図示している。
【００２０】
このうち、アクチュエータ５は、レンズ４を光軸方向Ｘに移動させてオートフォーカスやズームを行うようになっている。このようなアクチュエータ５としては、従来より公知のものを用いることができる。なお、このアクチュエータ５は、レンズ４を支持する鏡枠４５（図４参照）などの支持部材を介して間接的にレンズ４に連結されていても良い。
【００２１】
基準部材６は、レンズ４のフランジ部４１に対向する環状の部材であり、アクチュエータ５によってレンズ４が光軸方向Ｘにおける基準位置Ｐに移動した場合に、フランジ部４１に当接するようになっている。なお、本実施の形態においては、基準位置Ｐは、アクチュエータ５によるレンズ４の可動域のうち、撮像素子２０１とは反対側の端部となっている。また、本実施の形態においては、基準部材６がレンズ４のフランジ部４１に対向して当該フランジ部４１に当接することとして説明するが、レンズ４の鏡枠４５（図４参照）に対向して当該鏡枠４５に当接することにより、間接的にレンズ４のフランジ部４１に当接することとしてもよい。また、基準部材６を環状の部材として説明するが、基準位置Ｐに移動したレンズ４に当接する限りにおいて、他の形状の部材としてもよい。
【００２２】
レンズ４は、透明な圧電材料で形成されたレンズ本体４０を有している。なお、本実施の形態においては、圧電材料としてポリ−Ｌ−乳酸を用いており、このポリ−Ｌ−乳酸の透過率は94%、屈折率は1.452となっている。但し、圧電材料としては、例えば下記の表１に示すように、他の透明な有機圧電材料を用いても良い。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
このレンズ本体４０は、少なくともフランジ部４１において、透明な１対の電極４２により光軸方向Ｘに挟まれている。これにより、レンズ４のフランジ部４１に押圧力が加わった場合には、図３（ａ）に示すように、当該押圧力に応じた電圧値「Vout」がレンズ本体４０で発生し、電極４２から出力されることとなる。なお、電極４２が透明な場合には、当該電極４２はレンズ本体４０の光学面を覆っても良い。また、電極４２がフランジ部４１のみに設けられている場合には、当該電極４２は透明でなくても良い。
これらの電極４２には、図３（ｂ）に示すように、位置検出部７が接続されている。
【００２５】
位置検出部７は、電極４２から出力される電圧値に基づいてレンズ４の位置を検出するものであり、アンプ（ＡＭＰ）７３、コンパレータ（Comparator）７０及びＣＰＵ７２を有している。
【００２６】
このうち、アンプ７３は、電極４２から出力される電圧値「Vout」を増幅するようになっている。また、コンパレータ７０は、図３（ａ）に示すように、電極４２から出力されアンプ７３で増幅された電圧値「Vout」を閾値「Vr」と比較し、Vout＞Vrの場合には「Hi」の信号を、Vout≦Vrの場合には「low」の信号をＣＰＵ７２に出力するようになっている。なお、本実施の形態においては、アクチュエータ５によりレンズ４が基準部材６に当接する際に電極４２から出力される信号波形はリバウンド波形を含んでいるため（図３（ａ）参照）、閾値「Vr」の値は、位置検出部７が誤検出をしないような値、具体的には電圧値「Vout」の最大値と０ｖとのほぼ中間値に設定されている。
【００２７】
また、ＣＰＵ７２は、コンパレータ７０からの出力に基づいて、レンズ４が基準部材６に当接したか否か、つまり基準位置Ｐに移動したか否かを判定するようになっている。
【００２８】
続いて、上記の光学ユニット３の動作について説明する。
まず、上述の図２、図３に示すように、アクチュエータ５がレンズ４を基準位置Ｐに移動させると、レンズ４と基準部材６とが当接する際に、基準部材６からレンズ４に対して押圧力が加わる。これにより、閾値「Vr」より大きく、かつレンズ４の位置に対応する電圧値「Vout」が、電極４２から出力される。そして、位置検出部７は、電圧値「Vout」と閾値「Vr」とを比較することにより、レンズ４が光軸方向Ｘにおける基準位置Ｐに移動して基準部材６に当接したと判定する。
【００２９】
一方、アクチュエータ５がレンズ４を基準部材６から離れた位置で移動させている場合には、レンズ４に対して基準部材６から押圧力が加わらないため、閾値「Vr」以下の電圧値「Vout」が電極４２から出力される。そして、位置検出部７は、電圧値「Vout」と閾値「Vr」とを比較することにより、レンズ４が基準位置Ｐから離れており、基準部材６に当接していないと判定する。
【００３０】
以上の光学ユニット３によれば、レンズ４のレンズ本体４０は圧電材料で形成されるとともに、光軸方向Ｘに電極４２で挟まれており、アクチュエータ５によってレンズ４が移動して基準部材６と当接する際に、当該レンズ４の位置に対応する電圧値を電極４２から位置検出部７に出力するので、出力される電圧値に基づいて位置検出部７がレンズ４の位置を検出することができる。従って、レンズ４自体をレンズ４の位置検出センサーとすることができるため、レンズ４の鏡枠に位置検出センサーを別体として設ける従来の場合と異なり、光学ユニット３やカメラユニット２００、携帯電話機１００の大型化を防止することができる。よって、大型化を防止しつつレンズ４の位置を検出することができる。
【００３１】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
本第２の実施の形態における光学ユニット３Ａは、図４に示すように、レンズ４Ａと、アクチュエータ５Ａと、基準部材８，９とを備えている。なお、図４では、図示の便宜上、レンズ４Ａ、アクチュエータ５Ａ及び基準部材８，９を１組のみ図示しているが、これらが複数組（例えば、ズームやフォーカス等において光軸方向へ移動する群ごとに）、光学ユニット３Ａに含まれることとしても良い。また、この図４では、図示の便宜上、アクチュエータ５Ａを概念的に図示している。
【００３３】
レンズ４Ａは、従来より公知の光学材料によって成形されている。このレンズ４Ａは、鏡枠４５の内部に配設されている。
鏡枠４５は、レンズ４Ａのフランジ部４１を支持するものであり、本実施の形態においては円筒状に形成されている。
【００３４】
アクチュエータ５Ａは、レンズ４Ａを鏡枠４５ごと光軸方向Ｘに移動させてオートフォーカスやズームを行うようになっている。なお、このアクチュエータ５Ａは、レンズ４Ａに直接連結されていても良い。
【００３５】
基準部材８，９は、鏡枠４５に対向する部材であり、アクチュエータ５Ａによってレンズ４Ａが光軸方向Ｘにおける基準位置Ｐ１，Ｐ２に移動した場合に、当該鏡枠４５を介してレンズ４Ａに当接するようになっている。なお、本実施の形態においては、基準位置Ｐ１，Ｐ２は、アクチュエータ５Ａによるレンズ４Ａの可動域の両端部となっている。また、本実施の形態においては、基準部材８，９が鏡枠４５に対向して当該鏡枠４５に当接することとして説明するが、レンズ４Ａのフランジ部４１に対向して当該フランジ部４１に当接することとしてもよい。
【００３６】
これら基準部材８，９のうち、基準部材８は、レンズ４Ａと撮像素子２０１との間に配設されて鏡枠４５に対向する環状の部材であり、レンズ４Ａが基準位置Ｐ１に移動した場合に、鏡枠４５を介してレンズ４Ａに当接するようになっている。なお、本実施の形態における基準部材８は、撮像素子２０１の筐体を構成しており、撮像素子２０１に対向した透明なセンサーカバー８００を外周側から支持している。センサーカバー８００としては、赤外カットフィルターなどを用いることができる。
【００３７】
この基準部材８は、圧電材料で形成された基準部材本体８１を有している。なお、本実施の形態における基準部材本体８１は、図５に示すように、圧電材料を延伸することで圧電性が付与されて形成されている。また、この圧電材料としては、上述の表１に示すような材料を用いることができる。但し、基準部材本体８１の圧電材料は、レンズ本体４０の圧電材料とは異なり、透明でなくても良い。
【００３８】
基準部材本体８１は、少なくとも鏡枠４５との対向部分において、光軸方向Ｘに１対の電極８２で挟まれている。これにより、基準部材本体８１に押圧力が加わった場合には、上述の図３（ａ）に示すように、当該押圧力に応じた電圧値「Vout」が基準部材本体８１で発生し、電極８２から出力されることとなる。これら電極８２には、上述の図３（ｂ）に示すように、位置検出部７Ａが接続されている。
【００３９】
位置検出部７Ａは、上記第１の実施形態における位置検出部７と同様の構成を有しており、レンズ４Ａが基準部材８に当接したか否か、つまり基準位置Ｐ１に移動したか否かを判定するようになっている。
【００４０】
一方、基準部材９は、レンズ４Ａに対して撮像素子２０１とは反対の側に配設された平板状の透明な部材であり、レンズ４Ａが基準位置Ｐ２に移動した場合に、鏡枠４５を介してレンズ４Ａに当接するようになっている。なお、本実施の形態における基準部材９は、カメラユニット２００のカバー部材として機能するようになっている。
【００４１】
この基準部材９は、透明な圧電材料で形成された基準部材本体９１を有している。なお、本実施の形態における基準部材本体９１は、上述の基準部材本体８１と同様に、圧電材料を延伸することで圧電性が付与されて形成されている。また、この圧電材料としては、上述の表１に示すような材料を用いることができる。
【００４２】
基準部材本体９１は、少なくとも鏡枠４５との対向部分において、光軸方向Ｘに１対の電極９２で挟まれている。これにより、基準部材本体９１に押圧力が加わった場合には、上述の図３（ａ）に示すように、当該押圧力に応じた電圧値「Vout」が基準部材本体９１で発生し、電極９２から出力されることとなる。これら電極９２には、上述の図３（ｂ）に示すように、位置検出部７Ｂが接続されている。
【００４３】
位置検出部７Ｂは、上記第１の実施形態における位置検出部７と同様の構成を有しており、レンズ４Ａが基準部材９に当接したか否か、つまり基準位置Ｐ２に移動したか否かを判定するようになっている。なお、位置検出部７ＡのＣＰＵ７２と、位置検出部７ＢのＣＰＵ７２とは、同一のＣＰＵであっても良い。
【００４４】
以上の光学ユニット３Ａにおいては、図４に示すように、アクチュエータ５Ａがレンズ４Ａを基準位置Ｐ１（またはＰ２）に移動させると、レンズ４Ａと基準部材８（または９）とが当接する際に、基準部材８（または９）からレンズ４Ａに対して押圧力が加わる。これにより、閾値「Vr」より大きく、かつレンズ４Ａの位置に対応する電圧値「Vout」が電極８２（または９２）から出力される。そして、位置検出部７Ａ（または７Ｂ）は、電圧値「Vout」と閾値「Vr」とを比較することにより、レンズ４Ａが光軸方向Ｘにおける基準位置Ｐ１（またはＰ２）に移動して基準部材８（または９）に当接したと判定する。
【００４５】
一方、アクチュエータ５Ａがレンズ４Ａを基準部材８，９から離れた位置で移動させている場合には、レンズ４Ａに対して基準部材８，９から押圧力が加わらないため、閾値「Vr」以下の電圧値「Vout」が電極８２及び電極９２から出力される。そして、位置検出部７Ａ，７Ｂは、電圧値「Vout」と閾値「Vr」とを比較することにより、レンズ４Ａが基準位置Ｐ１，Ｐ２から離れており、基準部材８，９に当接していないと判定する。
【００４６】
このような光学ユニット３Ａによっても、上記第１の実施形態における光学ユニット３と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００４８】
例えば、上記の実施の形態では、本発明に係る光学ユニット３，３Ａをカメラユニット２００に備えられるものとして説明したが、他の光学装置に備えられることとしても良い。
【００４９】
また、１対の電極４２（または８２，９２）によってレンズ４（または基準部材８，９）の本体部分が挟まれていることとして説明したが、複数対の電極によってレンズ４（または基準部材８，９）の本体部分が挟まれることとしても良い。この場合には、各対の電極を別個の位置検出部７（または７Ａ，７Ｂ）に接続することにより、光軸方向Ｘにおけるレンズ４（または４Ａ）の位置に加え、撮像素子２０１に対するレンズ４（または４Ａ）の傾きを検出することができる。
【００５０】
また、レンズ４や基準部材８，９の本体部分が圧電材料で形成されて電極で挟まれることとして説明したが、鏡枠４５の本体部分が圧電材料で形成されて電極で挟まれることとしても良い。この場合には、アクチュエータ５によってレンズ４が移動して当該レンズ４が基準部材６と当接する際に、レンズ４の位置に対応する電圧値が鏡枠４５から出力されることとなる。
【００５１】
また、位置検出部７（または７Ａ，７Ｂ）はレンズ４（または４Ａ）が基準部材６（または８，９）に当接したか否かを判定することとして説明したが、レンズ４の光学面が複数の所定位置の何れに移動したかを判定することとしても良い。より具体的には、図６に示すように、位置検出部７は電圧値「Vout」を複数の所定の閾値「Vr1」〜「Vr3」と比較することにより、レンズ４が基準部材６に当接して当該レンズ４の光学面が光軸方向Ｘにおける複数の所定位置Ｐａ〜Ｐｃのうち、何れの所定位置に移動したかを判定することとしても良い。ここで、図６において、所定位置Ｐｃは、レンズ４のフランジ部４１が基準部材６に当接したときの光学面の位置である。また、所定位置Ｐｂ，Ｐａは、更にレンズ４が基準部材６側に押圧されて当該レンズ４が撓んだときの光学面の位置である。この場合には、光学面の位置を複数の位置で検出することができる。
【００５２】
また、上記第２の実施の形態では、基準部材８（または９）を、図４に示した構造として説明したが、図７（ａ）に示すようなバイモルフ構造としても良い。ここで、図７（ａ）の基準部材８Ａでは、圧電材料で形成された２枚の基準部材本体８１Ａが、陽極，陰極，陽極の順に３つの電極８２Ａで挟まれている。この場合には、図７（ｂ）に示すように、他の構造の場合と比較して、基準部材本体８１Ａの変位量あたりの出力電圧が大きくなり、ＳＮ比が向上するため、閾値「Vr」の値が高い場合であっても、レンズ４の位置を正確かつ確実に検出することができる。
【符号の説明】
【００５３】
３，３Ａ          光学ユニット
４，４Ａ          レンズ（光学素子）
５，５Ａ          アクチュエータ
６，８，９        基準部材
７，７Ａ，７Ｂ    位置検出部
４２，８２，９２  電極
４５              鏡枠
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２    基準位置
Ｘ                光軸方向
【図１】
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【図２】
2010286717.tif 000005
【図３】
2010286717.tif 000006
【図４】
2010286717.tif 000007
【図５】
2010286717.tif 000008
【図６】
2010286717.tif 000009
【図７】
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