(57)【要約】【課題】圧電素子を用い、薄型で、且つ圧電素子の変形量を多く得られるアクチュエータと、これを利用した焦点調節装置及び撮像装置を提供する。【解決手段】  撮像装置３０は、基板３２上に設置された焦点調節装置２０と、撮像素子３１とを備える。焦点調節装置２０は、圧電素子１１と圧電素子１２とから構成されるアクチュエータ１０を備える。アクチュエータ１０の圧電素子１１及び圧電素子１２は、環状部と環状部に周方向に同一の方向を向いて形成された鍵部を備える。アクチュエータ１０に電圧が印加されると、圧電素子１１及び圧電素子１２の鍵部がそれぞれ変形することによって、焦点調節装置２０のレンズホルダ２２が光軸方向に移動される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子から形成され、
環状部と、該環状部にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の鍵部とを備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
第１の環状部と、該第１の環状部の内側にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の第１の鍵部とを備える第１の圧電素子と、
第２の環状部と、該第２の環状部の外側にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の第２の鍵部とを備える第２の圧電素子とを備え、
前記第２の環状部の径は、前記第１の環状部の径よりも小さく、
前記第２の鍵部は、それぞれ前記第１の環状部と前記第１の鍵部とに囲まれた領域に配置されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
レンズを保持するとともに、光軸方向へ移動可能なレンズホルダと、
前記レンズホルダが設置されるホルダ支持基板と、
前記ホルダ支持基板と前記レンズホルダとの間に設けられ、前記レンズホルダを前記光軸方向へ移動させるアクチュエータとを備える焦点調節装置であって、
前記アクチュエータは、第１の環状部と、該第１の環状部の内側にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の第１の鍵部を備える第１の圧電素子と、第２の環状部と、該第２の環状部の外側にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の第２の鍵部とを備える第２圧電素子とを備え、
前記第２の環状部の径は、前記第１の環状部の径よりも小さく、前記第２の鍵部は、それぞれ前記第１の環状部と前記第１の鍵部とに囲まれた領域に配置されており、
前記アクチュエータは、電圧が印加されると前記第１の鍵部及び／又は前記第２の鍵部が前記光軸方向へ変形し、前記レンズホルダを前記光軸方向へ移動させることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項４】
前記第１の鍵部及び前記第２の鍵部は、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子に電圧が印加されると、それぞれ前記光軸方向であってかつ互いに反対の方向へ変形することを特徴とする請求項３に記載の焦点調節装置。
【請求項５】
前記レンズホルダと前記アクチュエータとの間には、前記レンズホルダを前記光軸方向へ移動させる回転カムが設けられており、前記アクチュエータは、周期的に電圧を印加されることによって、前記回転カムを回転させることを特徴とする請求項３又は４に記載の焦点調節装置。
【請求項６】
前記圧電素子は、バイモルフ型圧電素子から形成されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれか１項に記載の焦点調節装置と、
前記焦点調節装置が設置される基板と、
前記基板上に配置される撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いたアクチュエータ、これを用いた焦点調節装置及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置では、レンズ鏡筒や撮像素子を移動させて焦点調節を行うアクチュエータとしてバイモルフ型圧電素子等の圧電素子が利用されている。例えば、バイモルフ型圧電素子は、特許文献１に開示されているように円盤状に形成される。円盤状のアクチュエータは、薄型であり、装置の小型化に有効である。
【０００３】
ところで、バイモルフ型圧電素子の変形量は素子の長さの２乗に比例するため、変形量を多く得るためには素子を長く形成する必要がある。
【０００４】
そこで、バイモルフ型圧電素子の変形量を多く得るため、特許文献２及び特許文献３に開示されているようにバイモルフ型圧電素子をらせん状に形成したアクチュエータが開発されている。
【特許文献１】実用新案登録第２５３８６９５号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４５３３号公報
【特許文献３】特表２００３−５１８７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、撮像装置が携帯電話等の小型の電子機器に搭載されるようになり、焦点調節を行うためのアクチュエータも小型化が求められている。特許文献１に開示されたアクチュエータは、バイモルフ型圧電素子を円盤状に形成した構成であるため、薄型で大きな設置スペースを要せず、装置の小型化に有効であるが、圧電素子の変形量が多く得られず、用途が限られていた。
【０００６】
一方、特許文献２及び特許文献３に開示されたアクチュエータは、バイモルフ型圧電素子をらせん状に形成した構成であるため、圧電素子の変形量が多く得られるものの、その形状が大きくならざるを得ず、装置の小型化に対応することが困難であった。
【０００７】
従って、圧電素子を用い、薄型で、且つ圧電素子の変形量を多く得られるアクチュエータが望まれていた。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を用い、薄型で、且つ圧電素子の変形量を多く得られるアクチュエータと、これを利用した焦点調節装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るアクチュエータは、
圧電素子から形成され、
環状部と、該環状部にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の鍵部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るアクチュエータは、
第１の環状部と、該第１の環状部の内側にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の第１の鍵部とを備える第１の圧電素子と、
第２の環状部と、該第２の環状部の外側に、その周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の第２の鍵部とを備える第２の圧電素子とを備え、
前記第２の環状部の径は、前記第１の環状部の径よりも小さく、
前記第２の鍵部は、それぞれ前記第１の環状部と前記第１の鍵部とに囲まれた領域に配置されることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る焦点調節装置は、
レンズを保持するとともに、光軸方向へ移動可能なレンズホルダと、
前記レンズホルダが設置されるホルダ支持基板と、
前記ホルダ支持基板と前記レンズホルダとの間に設けられ、前記レンズホルダを前記光軸方向へ移動させるアクチュエータとを備える焦点調節装置であって、
前記アクチュエータは、第１の環状部と、該第１の環状部の内側にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の第１の鍵部とを備える第１の圧電素子と、第２の環状部と、該第２の環状部の外側にその周方向へ同一の方向を向いて配置された複数の第２の鍵部とを備える第２の圧電素子とを備え、
前記第２の環状部の径は、前記第１の環状部の径よりも小さく、前記第２の鍵部は、それぞれ前記第１の環状部と前記第１の鍵部とに囲まれた領域に配置されており、
前記アクチュエータは、電圧が印加されると前記第１の鍵部及び／又は前記第２の鍵部が前記光軸方向へ変形し、前記レンズホルダを前記光軸方向へ移動させることを特徴とする。
【００１２】
前記第１の鍵部及び前記第２の鍵部は、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子に電圧が印加されると、それぞれ前記光軸方向であってかつ互いに反対の方向へ変形してもよい。
【００１３】
前記レンズホルダと前記アクチュエータとの間には、前記レンズホルダを前記光軸方向へ移動させる回転カムが設けられており、前記アクチュエータは、周期的に電圧を印加されることによって、前記回転カムを回転させてもよい。
【００１４】
前記圧電素子は、バイモルフ型圧電素子から形成されてもよい。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る撮像装置は、
上記第３の観点に記載の焦点調節装置と、
前記焦点調節装置が設置される基板と、
前記基板上に配置される撮像素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、鍵部を備える圧電素子を用いることによって薄型で、且つ圧電素子の変形量を多く得ることのできるアクチュエータと、これを利用した焦点調節装置及び撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータ及びこれを利用した焦点調節装置と撮像装置について図を用いて説明する。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置３０を図１〜図３に示す。図１は撮像装置３０の部分断面図である。図２は撮像装置３０の断面図であり、図３は、アクチュエータ１０に電圧が印加された際の撮像装置３０の断面図である。なお、図２及び図３は、後述する鏡筒２６及びカバー２７を省略している。
【００１９】
本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置３０は、図１に示すように焦点調節装置２０と、撮像素子３１と、基板３２とを備える。撮像素子３１は、被写体の光学像を電気信号に変換するものである。撮像素子３１は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等から構成されており、例えば図１に示すように基板３２上に配置される。
【００２０】
焦点調節装置２０は、図２に示すように、アクチュエータ１０と、レンズ２１ａ〜２１ｃと、レンズホルダ２２と、カム２３ａ、２３ｂと、支持基板２４と、フィルタ２５と、鏡筒２６と、カバー２７とを備える。
【００２１】
アクチュエータ１０は、図１〜図３に示すようにレンズホルダ２２と支持基板２４との間に設置される。アクチュエータ１０は図４（ａ）に示すように、圧電素子１１と圧電素子１２とから構成される。アクチュエータ１０には図示しない電源と、図示しない駆動回路制御部に接続されており、制御部（図示せず）からの入力に従って、電圧が印加される。
【００２２】
圧電素子１１は、バイモルフ型圧電素子から形成される。圧電素子１１は図４（ｂ）に示すように環状部１１ａと片持ちアーム状の４つの鍵部１１ｂとを備える。鍵部１１ｂは、環状部１１ａの内側に形成され、それぞれ環状部１１ａの周方向へ同一の方向を向いて配置されており、それぞれの鍵部１１ｂはほぼ均等に離間して配置される。また、圧電素子１１の環状部１１ａは、支持基板２４の溝部２４ａの内部に位置し、図示しないピン等の固定手段によって支持基板２４に固定されている。
【００２３】
圧電素子１１のＸ−Ｘ’線断面図を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）に示すように、圧電素子１１は、電極５１と、圧電体５２と、圧電体５３とを備える。圧電体５２は、電極５１の上面に形成されており、圧電体５３は電極５１の下面に形成される。圧電体５２及び圧電体５３は、例えば水熱合成法によって電極５１上に形成される。
【００２４】
圧電素子１１の圧電体５２及び圧電体５３は、それぞれ異なる方向に分極されている。圧電体５２及び圧電体５３の上下に電圧が印加されると、例えば圧電体５２は横方向に縮み、圧電体５３は横方向に伸び、圧電素子１１全体は上に曲がる。なお、本実施の形態の圧電体５２、５３の分極方向は同じであっても良いし、逆であっても良い。
【００２５】
圧電素子１１に電圧が印加されると、圧電素子１１は図５（ａ）に示す状態から図５（ｂ）に示すように変形する。また、圧電素子１１の変形する方向は印加する電圧によって変えることができる。例えば、図５（ｂ）に示すように電圧を印加すると、圧電素子１１は上方向に変形するが、図５（ｃ）に示すように電圧を印加すると、図５（ｂ）とは反対に下方向に圧電素子１１は変形する。
【００２６】
圧電素子１２は、圧電素子１１と同様にバイモルフ型圧電素子から形成される。圧電素子１２は、圧電素子１１と共に支持基板２４の溝部２４ａの内部に位置し、図示しないピン等の固定手段によって支持基板２４に固定されている。圧電素子１２は、図４（ｄ）に示すように、圧電素子１１と同様に環状部１２ａと片持ちアーム状の４つの鍵部１２ｂとから構成される。圧電素子１２の環状部１２ａの径は、圧電素子１１の環状部１１ａの径よりも小さい。また、圧電素子１２の鍵部１２ｂは、環状部１２ａの外側に環状部１２ａの周方向へ同一の方向を向いて、ほぼ均等な間隔で形成されている。鍵部１２ｂは、図４（ａ）に示すように、圧電素子１１の鍵部１１ｂと向かい合うように、圧電素子１１の環状部１１ａと鍵部１１ｂとに囲まれる領域に配置される。
【００２７】
以上の構成を採るアクチュエータ１０の圧電素子１１と圧電素子１２とにそれぞれ電圧を印加すると、圧電素子１１の鍵部１１ｂと圧電素子１２の鍵部１２ｂとは、それぞれ光軸方向であってかつ互いに反対の方向へ変形し、カム２３ｂを押し上げる。アクチュエータ１０によってカム２３ｂが押し上げられることで、レンズホルダ２２は図３に示すように光軸方向へ押し上げられる。
【００２８】
レンズ２１ａ〜２１ｃは、被写体の光学画像を集光するものである。
【００２９】
レンズホルダ２２は、小径の円筒部と、大径の円筒部と、中径の円筒部とを備える。小径の円筒部にレンズ２１ａを、中径の円筒部にレンズ２１ｂを、大径の円筒部にレンズ２１ｃをそれぞれ保持する。レンズホルダ２２は鏡筒２６内に、光軸方向へ移動可能な状態に設置される。
【００３０】
カム２３ａ、カム２３ｂは、レンズホルダ２２とアクチュエータ１０との間に設けられている。カム２３ａは、図２に示すようにレンズホルダ２２に固定され、レンズホルダ２２と共に、光軸方向へ移動可能となっている。カム２３ｂは、カム２３ａと異なり、固定されていない。このカム２３ｂは、カム２３ａとアクチュエータ１０との間に回転可能に設けられており、所謂回転カムとしても作用するようになっている。そして、カム２３ｂがアクチュエータ１０によって、光軸方向へ移動することによって、カム２３ａが光軸方向へ押し上げられ、カム２３ａが固定されたレンズホルダ２２が光軸方向へ押し上げられる。また、カム２３ｂがアクチュエータ１０によって回転することによって、カム２３ｂとカム２３ａの作用によりカム２３ａが固定されたレンズホルダ２２が光軸方向へ押し上げられる。
【００３１】
支持基板２４は溝部２４ａを備え、溝部２４ａ内にアクチュエータ１０が設置される。支持基板２４は、更に開口部２４ｂを備え、開口部２４ｂにフィルタ２５を保持する。また、支持基板２４は、基板３２上に設置される。
【００３２】
フィルタ２５は、例えばＮＤフィルタ（Neutral Density filter）等から構成され、撮像素子３１に入る光の強度だけを特定の比率で減らす。フィルタ２５は、支持基板２４の開口部２４ｂに位置し、支持基板２４に保持される。
【００３３】
鏡筒２６は、図１に示すように円筒状に形成され、基板３２上に設置固定される。鏡筒２６は、内部にレンズホルダ２２、支持基板２４等を備える。鏡筒２６には、レンズホルダ２２を回転不能かつ光軸方向へ案内する図示しないガイドが設けられている。これにより、カム２３ｂがアクチュエータ１０によって回転することによって、カム２３ａが固定されたレンズホルダ２２が光軸方向へ押し上げられる。また、基板３２と反対側の鏡筒２６の先端部には、カバー２７が取り付けられる。
【００３４】
上記の構成を採る焦点調節装置２０において、アクチュエータ１０の圧電素子１１及び圧電素子１２に電圧を印加すると、圧電素子１１の鍵部１１ｂは光軸方向上側へ、圧電素子１２の鍵部１２ｂは光軸方向下側へ撓み変形する。そして、圧電素子１１の鍵部１１ｂの光軸方向上側への変形量と圧電素子１２の鍵部１２ｂの光軸方向下側への変形量とを合わせた光軸方向の高さ分だけカム２３ｂが光軸方向へ押し上げられ、レンズホルダ２２は光軸方向へ押し上げられる。圧電素子１１及び圧電素子１２への電圧の印加を停止すると、圧電素子１１の鍵部１１ｂ及び圧電素子１２の鍵部１２ｂが元の形状に戻るため、カム２３ｂは初期位置に戻り、レンズホルダ２２は最初の位置に戻る。
【００３５】
このように、アクチュエータ１０は、圧電素子１１のみである場合と、圧電素子１１と圧電素子１２とから構成される場合とで、大きさはそれ程変わらないにも関わらず、圧電素子１１のみから形成される場合と比較して約２倍の変形量を得ることができる。このように鍵部を備える圧電素子を２枚組み合わせることによって、圧電素子１枚の場合と比べて幅、厚みはほぼ同じでも、２倍の変形量を得ることができ、小型で、且つ圧電素子の変形量を多く得られるアクチュエータを提供することができる。
【００３６】
また、上記の構成を採る焦点調節装置２０においては、アクチュエータ１０の圧電素子１１及び圧電素子１２に選択的に、電圧を周期的に印加する、例えば鋸歯状の波形を有する電圧を印加することによって圧電素子１１の鍵部１１ｂ及び圧電素子１２の鍵部１２ｂを断続的に動かしてカム２３ｂを回転させ、レンズホルダ２２を光軸方向へ移動させることも可能である。
圧電素子１１の鍵部１１ｂ及び圧電素子１２の鍵部１２ｂを断続的に動かしてカム２３ｂを回転させる動作について、以下に詳述する。
図６（ａ）〜（ｃ）は、アクチュエータ１０の圧電素子１１及び圧電素子１２の一部、カム２３ａ、２３ｂを模式的に示す図である。図６（ｂ）に示すように圧電素子１１に電圧を周期的に印加すると、圧電素子１１の鍵部１１ｂが断続的に変形し、カム２３ｂが図６矢印Ｙ方向に回転し、カム２３ｂとカム２３ａとの作用により、レンズホルダ２２が光軸方向上側へ移動する。一方、図６（ｃ）に示すように、圧電素子１２に電圧を周期的に印加すると、圧電素子１２の鍵部１２ｂが断続的に変形し、カム２３ｂが矢印Ｙ’方向に回転し、カム２３ｂとカム２３ａとの作用により、レンズホルダ２２が光軸方向下側へ移動する。
【００３７】
本実施の形態では電圧を印加することによって変形するアクチュエータを利用するため、小型モータを利用してレンズホルダを移動させる構成と異なりアクチュエータから音が発せられない。従って、音声を録音する機能を備えた撮像装置にも利用することが可能である。
【００３８】
本発明は、上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
【００３９】
なお、本実施の形態ではより安定性を得るために鍵部は４つの場合を例に挙げて説明したが、２つで構成することもできる。
【００４０】
また、２つ分の変形量が必要ではないときはアクチュエータ１０を圧電素子１１又は１２のみから構成してもよい。
【００４１】
上述した実施の形態では、円形の環状部に鍵部が形成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば図７（ａ）に示すように四角形の環状部に鍵部を設けることも可能である。この場合、図７（ａ）に示すアクチュエータ８０は、環状部８０ａと鍵部８０ｂとを備える。なお、アクチュエータは、円形あるいは四角形に限られず、三角形、五角形以上の多角形、楕円形等様々な形状とすることができる。また、図７（ａ）に示す形状のアクチュエータ８０を、上述した実施の形態のアクチュエータ１０のように２つ組み合わせることも可能である。
【００４２】
また、上述した実施の形態では、圧電素子１１の鍵部１１ｂと圧電素子１２の鍵部１２ｂとは、異なる方向を向いて配置されており、鍵部１２ｂは、環状部１１ａと鍵部１１ｂとに囲まれた領域に配置される構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、図７（ｂ）に示すように圧電素子のそれぞれの鍵部は、周方向に同一の方向を向いて配置され、一方の環状部と鍵部とに囲まれた領域に配置されなくとも良い。この場合、アクチュエータ９０は、図７（ｂ）に示すように圧電素子９１と圧電素子９２とを備える。圧電素子９１は環状部９１ａと、鍵部９１ｂとを備え、圧電素子９２は、環状部９２ａと、鍵部９２ｂとを備える。
【００４３】
なお、上述した実施の形態では、アクチュエータ１０は圧電素子１１と圧電素子１２との２つの圧電素子から構成される場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば図７（ｂ）に示す形状の圧電素子を３つ組み合わせる等、２つ以上の圧電素子から構成されても良い。
【００４４】
また、アクチュエータ１０の圧電素子１１及び圧電素子１２に電圧を印加した際の変形量は、接着剤、電極の金属の種類、圧電体と電極との厚さの関係で変化するため、これらはアクチュエータ１０に要求される変形量に応じて適宜変更することが可能である。
【００４５】
また、上述した実施の形態においてアクチュエータ１０は、レンズホルダ２２と支持基板２４との間に設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、支持基板２４を設けずに、基板３２とレンズホルダ２２との間に設けてもよいし、支持基板２４と基板３２とは一体に形成されていても良い。
【００４６】
また、上述した各実施の形態では、３枚のレンズで被写体の光学画像を集光する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば２枚のレンズを用いる構成を採ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置の部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮像装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るアクチュエータに電圧が印加された場合の撮像装置の断面図である。
【図４】アクチュエータを模式的に示す図である。
【図５】圧電素子を模式的に示す図である。
【図６】印加する電圧を変化させた場合のアクチュエータを模式的に示す図である。
【図７】アクチュエータの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  アクチュエータ
２０  焦点調節装置
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  レンズ
２２  レンズホルダ
２３ａ，２３ｂ  カム
２４  支持基板
２５  フィルタ
２６  鏡筒
２７  カバー
３０  撮像装置
３１  撮像素子
３２  基板
【図１】
2006246656.tif 000003
【図２】
2006246656.tif 000004
【図３】
2006246656.tif 000005
【図４】
2006246656.tif 000006
【図５】
2006246656.tif 000007
【図６】
2006246656.tif 000008
【図７】
2006246656.tif 000009