(57)【要約】【課題】  レンズの光軸方向への移動手段として電歪アクチュエータを用い、レンズが光軸方向へ移動する際に傾くことのない光学装置を提供する。【解決手段】  光学装置（１）は、柔軟性を有する絶縁膜の両面に電極層を形成した帯状の電歪アクチュエータ（６）と、電歪アクチュエータ（６）の光軸方向の伸縮動作によって光軸方向に移動するレンズホルダ（７）等からなるレンズユニットを有する。電歪アクチュエータ（６）をレンズユニット（レンズホルダ７）にその周方向に沿って当接させる。レンズユニット（レンズホルダ７）は、電歪アクチュエータ（６）により平均的に光軸方向に押され、傾くことなく光軸方向に移動する。【選択図】          図５
2006030811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性を有する絶縁膜の両面に電極層を形成し、当該電極層間に電圧を印加することによって光軸方向の伸縮動作を行う帯状の電歪アクチュエータと、
当該電歪アクチュエータの光軸方向の伸縮動作によって光軸方向に移動するレンズユニットを有する光学装置であって、
前記電歪アクチュエータを前記レンズユニットにその周方向に沿って当接させたことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記レンズユニットは、レンズと、該レンズを保持するレンズホルダを備え、該レンズホルダの外周部にその周方向に沿って前記電歪アクチュエータが当接する鍔部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記レンズユニット及び電歪アクチュエータを鏡筒内に収納し、前記レンズユニットを前記鏡筒に摺接させて光軸方向に移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記電歪アクチュエータが伸長することにより光軸方向に移動した前記レンズユニットを、当該レンズユニットの初期位置に復帰する方向に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする光学装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学装置を、撮像素子を搭載した基板上に設置したことを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等に適用される光学装置及び撮影装置に関し、特に、レンズを光軸方向に進退移動させる機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の映像撮影装置は、一般的に焦点調節用レンズや変倍用レンズを有し、これらのレンズを光軸方向に沿って移動させることによって焦点調節、変倍を行う光学装置を備えている。ここで、これらの焦点調節用レンズ、変倍用レンズを駆動するアクチュエータとしては、電磁ステッピングモータ、ボイスコイルモータ、圧電モータ等のアクチュエータで発生させた力を利用している。すなわち、このようなアクチュエータの力を歯車やカム等の動力伝達機構を介して焦点調節用レンズ、変倍用レンズの光軸方向の移動を行っている。しかし、これらのアクチュエータでは前記のような動力伝達機構の存在が装置全体の小型化の妨げとなっていた。また、アクチュエータ自体もコイルを備えていなければならない等、装置の小型化を図る上で、解決し難い問題を有していた。
【０００３】
以上のような問題を解決するものとして、特許文献１が提案されている。特許文献１には、前記のような電磁ステッピングモータ等の従来のアクチュエータに代えて電歪効果を利用した電歪アクチュエータを用いることで装置の簡略化、小型化等に寄与し得る光学装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１５４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の光学装置５０では、図１に示すように光軸方向と平行に設置した主ガイド軸５１及び副ガイド軸５２に摺動自在にレンズを支持させ、この主ガイド軸５１に沿うように電歪アクチュエータ５５、５６を取り付けている。ここで、主ガイド軸５１及び副ガイド軸５２に支持させたレンズは、変倍用レンズ５３と焦点調節用レンズ５４であり、これらのレンズ毎に変倍用アクチュエータ５５、焦点調節用アクチュエータ５６が主ガイド軸５１に取り付けられ、さらに、付勢部材５７が取り付けられている。図１中、参照番号５８は撮像素子であり、参照番号５９は固定レンズである。このような構成の光学装置５０は、変倍用アクチュエータ５５、焦点調節用アクチュエータ５６の動作、付勢部材５７の作用により変倍用レンズ５３、焦点調節用レンズ５４が光軸方向に移動して変倍、焦点調節が行われる。ところが、このような光学装置５０では、以下のような問題を有していた。
【０００６】
図２は、図１に示した光学装置５０の焦点調節用レンズ５４の取付部分を拡大した説明図であるが、焦点調節用アクチュエータ５６、付勢部材５７は主ガイド軸５１に取り付けられているため、焦点調節用アクチュエータ５６の動作、付勢部材５７の作用により焦点調節用レンズ５４を移動させようとすると、焦点調節用レンズ５４は、主ガイド軸５１を中心として矢示６０の向きの振れを生じ、図中、点線や二点鎖線で示したような状態となるおそれがある。すなわち、点線や二点差線で示したような焦点調節用レンズ５４は、撮像素子５８に対して傾いた状態となっているが、このような状態は、その傾斜が例えわずかであっても撮影される画像に影響を与えるため問題である。また、このような状態は、当然、変倍用レンズ５３においても起こり得る。
【０００７】
そこで本発明は、従来の電磁ステッピングモータのようなアクチュエータを用いず、動力伝達機構も不要であり、装置の小型化が可能で、しかも、レンズの移動に伴うレンズの傾きが生じることのない光学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】
【０００８】
かかる目的を達成する本発明の光学装置は、柔軟性を有する絶縁膜の両面に電極層を形成し、当該電極層間に電圧を印加することによって光軸方向の伸縮動作を行う帯状の電歪アクチュエータと、当該電歪アクチュエータの光軸方向の伸縮動作によって光軸方向に移動するレンズユニットを有する光学装置であって、前記電歪アクチュエータを前記レンズユニットにその周方向に沿ってに当接させたことを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
このように電歪アクチュエータをレンズユニットにその周方向に沿って当接させれば、レンズユニットが光軸方向に移動する際に、レンズが傾くことがなく、撮像素子に対して常にレンズを平行に保つことができる。ここで、より安定した状態でレンズ（レンズユニット）を移動させるために、電歪アクチュエータは、前記レンズユニットにそのほぼ全周に亘って当接していることが好ましいが、少なくとも、移動するレンズが傾くことのない範囲で電歪アクチュエータとレンズユニットとが当接していることを要する。例えば、レンズユニットの外形が円形である場合に、少なくとも円周の半分以上に亘って当接することが望ましい。仮に電歪アクチュエータがレンズユニットに当接している範囲が円周の半分以下であると、レンズユニットの片側のみが電歪アクチュエータによって押される形となり、レンズを傾かせることなく、円滑に移動させることが困難となるからである。
【００１０】
ここで、前記レンズユニットは、レンズと、該レンズを保持するレンズホルダを備え、該レンズホルダの外周部にその周方向に沿って前記電歪アクチュエータが当接する鍔部を設けた構成とすることができる（請求項２）。
【００１１】
本発明の光学装置は、焦点調節用のレンズや、変倍用のレンズを具備することができるが、これらのレンズは通常レンズバレルやレンズホルダに保持されて光学装置に組み込まれる。そこで、このようなレンズホルダに電歪アクチュエータが当接する鍔部を設ければ、レンズユニットに電歪アクチュエータを安定して当接させることができる。
【００１２】
さらに、前記のようにレンズを保持したレンズホルダは鏡筒内に収納されて光学装置を構成することがある。そこで、前記のようなレンズユニット及び電歪アクチュエータを鏡筒内に収納し、前記レンズユニットを前記鏡筒に摺接させて光軸方向に移動させる光学装置とすることができる（請求項３）。
【００１３】
このようにレンズユニットを鏡筒内に収納し、鏡筒をいわばガイド筒のように機能させ、例えば、レンズユニットの外周壁を鏡筒の内壁に摺接させることにより、レンズユニットを傾かせることなく、光軸方向に移動させることができる。また、このような構成とした場合、電歪アクチュエータを鏡筒内に取り付けることができる。
【００１４】
以上のような光学装置において、前記電歪アクチュエータが伸長することにより光軸方向に移動した前記レンズユニットを、当該レンズユニットの初期位置に復帰する方向に付勢する付勢手段を備えた構成とすることができる（請求項４）。
【００１５】
本発明の構成要素である前記のような電歪アクチュエータは、電極間に電圧を印加することにより電極同士が引き寄せ合うことによって電極層に挟まれた絶縁層が歪み、電極間の電圧の印加を弱めると元の状態に戻ろうとし、電圧の印加を停止するといずれ元の状態に戻るものである。すなわち、電圧の印加を弱めたり、停止したりすれば、レンズユニット（レンズ）も初期の位置に復帰しようとする。しかし、何らの措置も採らず、電歪アクチュエータの復帰を待っていたのではレンズユニットの迅速な移動を望めない。そこで、例えば、ばね材等の付勢手段を備えた構成とすれば、レンズユニットの初期位置に復帰する方向への迅速な移動を実現することができる。
【００１６】
次に、本発明の撮影装置は、前記のような光学装置を、撮像素子を搭載した基板上に設置したことを特徴とする（請求項５）。
【００１７】
このような構成の撮影装置は、光学装置に組み込んだレンズユニット（レンズ）が移動の際に傾くことがない、すなわち、レンズと撮像素子との平行状態が維持されるので、良好な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電歪アクチュエータをレンズユニットにその周方向に沿って当接させたので電歪アクチュエータの光軸方向への伸縮動作によるレンズユニット（レンズ）の光軸方向への移動の際にレンズが傾くことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
本実施例の光学装置１及び撮影装置２の構成につき、図面を参照しつつ説明する。図３は、本実施例の撮影装置２の斜視図、図４は、撮影装置２の分解斜視図であり、図５は、図３中、Ａ−Ａ線で切り取った内部構造の説明図である。
【００２１】
図４、図５に示すように、撮影装置２は、撮像素子３を搭載した基板４上に光学装置１を設置した構成となっている。基板４上に設置した光学装置１は、プリント配線基板である基板４に取り付ける鏡筒５に、電歪アクチュエータ６、レンズホルダ７、３枚のレンズ１１、１２、１３を保持したレンズバレル８、ばね材９を収納し、カバー１０を取り付けて構成している。ここで、レンズホルダ７と、３枚のレンズ１１、１２、１３を保持したレンズバレル８とを組み合わせたものが本発明のレンズユニットに相当し、また、ばね材９が本発明のレンズユニットを初期位置に復帰する方向に付勢する付勢手段に相当する。
以下、撮影装置２を構成する各要素につき、その形状等、特徴となる部分を中心に説明する。
【００２２】
まず、撮像素子３を搭載した基板４は、図４に示すように鏡筒５の位置決めのための位置決め孔４ａを有している。鏡筒５は、筒状部５ａと平板部５ｂとからなり、平板部５ｂには基板４の位置決め孔４ａと一致する位置に位置決めピン５ｂ１が設けられている。また、筒状部５ａの内部には図５に示すような段付きの溝５ａ１が形成されている。このような基板４と鏡筒５とは接着して一体化される。
【００２３】
鏡筒５内に取り付けられる電歪アクチュエータ６は、柔軟性を有する絶縁膜の両面に電極層を形成し、当該電極層間に電圧を印加することによって光軸方向の伸縮動作を行うものである。本実施例では電歪素材であるシリコン膜の両面にカーボンパウダーを塗布して電極層を形成した帯状の電歪アクチュエータを図４に示すように環状に成形したものを採用した。このような電歪アクチュエータ６は電極層に配線が施され、図５に示すように鏡筒５の溝５ａ１に筒状部５ａの内周壁に沿うように嵌め込まれる。電歪アクチュエータ６はこのように鏡筒５に取り付けることにより、電極層が光軸と平行となるとともに、参照番号６ａを付した辺縁が光軸方向と直交することとなる。このような電歪アクチュエータ６は電極層間に電圧を印加することにより光軸方向及びレンズホルダ７の円周方向に伸び、このうち光軸方向の伸長によりレンズホルダ７を光軸方向に移動させることができる。
なお、電歪アクチュエータに用いる電歪素材は、電圧を印加することにより電極層が引き合うように変形可能な柔軟性の高い絶縁体であればどのようなものであっても採用でき、例えば、本実施例の電歪アクチュエータ６に採用したシリコンに代えてアクリルゴム、ポリウレタンゴムのような柔軟性に富むポリマー、所謂、エラストマーを用いることができる。
【００２４】
本発明におけるレンズユニットを構成するレンズホルダ７は、筒体７ａの外周囲にその全周に亘って、溝７ｂ１を有する鍔部７ｂが形成されている。また、筒体７ａの内周壁にはねじ溝７ａ１が切られている。このように形成されたレンズホルダ７は、図５に示すように筒体７ａの基板４側に位置する側が前記のように鏡筒５内に嵌めこまれた電歪アクチュエータ６の内側に位置し、鍔部７ｂの外周壁が鏡筒５の筒状部５ａの内周壁に摺接するように鏡筒５内に遊嵌される。
【００２５】
ここで、鍔部７ｂと前記のように鏡筒５内に嵌め込んだ電歪アクチュエータ６の光軸方向と直交する辺縁６ａとを当接させる。鍔部７ｂと辺縁６ａはレンズホルダ７のほぼ全周に亘って当接している。このため、電歪アクチュエータ６を光軸方向に伸長させれば、ある箇所に偏って力が加わることがなく平均的にレンズホルダ７を駆動することができ、レンズホルダ７は傾くことなく光軸方向に移動できる。また、レンズホルダ７は前記のように鏡筒５内に遊嵌しているので、レンズホルダ７の傾きはここでも規制されている。
【００２６】
レンズバレル８は、筒体の内部に３枚のレンズ１１、１２、１３を保持している。これらのレンズは焦点調節用のものであり、レンズバレル８をレンズホルダ７に取り付けて、このレンズホルダ７を前記のように電歪アクチュエータ６の伸長動作により光軸方向に移動させて焦点調節を行う。レンズバレル８の外周にはねじ溝８ａが切られており、このねじ溝８ａとレンズホルダ７のねじ溝７ａ１とを螺合させてレンズバレル８とレンズホルダ７とを一体化して本発明におけるレンズユニットが形成される。ここで、レンズバレル８とレンズホルダ７との一体化は以下に説明する手順で行われる。まず、電歪アクチュエータ６に電圧が印加されておらず、レンズホルダ７が光軸方向に移動していない状態とし、この状態のレンズホルダ７にレンズバレル８をねじ込む。このとき初期位置としてピントが合うように、レンズバレル８と撮像素子３との距離を確認しながらレンズバレル８をねじ込み、ピントが合った位置でレンズバレル８とレンズホルダ７とを接着する。このようにしてレンズホルダ７と一体化したレンズバレル８（レンズ１１、１２、１３）は、前記のようにレンズホルダ７が傾くことなく光軸方向に移動できる。
【００２７】
次に、ばね材９について説明する。ばね材９は、図に示すようなつるまきばねであり、レンズホルダ７を構成する筒体７ａの外周囲に形成した鍔部７ｂが有する溝７ｂ１に取り付けられる。このようなばね材９は鏡筒５に冠着するカバー１０と溝７ｂ１とによって挟持され、レンズホルダ７を基板４側へ付勢する。このようなばね材９によりレンズホルダ７（レンズ１１、１２、１３）を迅速に初期位置へ復帰させることができる。
【００２８】
このようなばね材９も周状の鍔部７ｂの全周に亘って接触しているので、ある箇所に偏って付勢することがなく、平均的にレンズホルダ７を付勢することができる。従って、レンズホルダ７が初期位置に復帰するときもレンズホルダ７、すなわちレンズ１１、１２、１３が傾いた状態で移動することがない。
【００２９】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、本実施例では焦点調節用のレンズ１１、１２、１３のみを備えた構成としているが、変倍用のレンズを組み込んで、この変倍用のレンズを本発明の光学装置の構成を用いて光軸方向に移動させることもできる。また、レンズ枚数も３枚に限らず何枚でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の光学装置の斜視図である。
【図２】図１に示した光学装置においてレンズの移動時にレンズが傾く様子を説明する、焦点調節用レンズの取付部分を拡大した説明図である。
【図３】本実施例の光学装置の斜視図である。
【図４】図３に示した光学装置の分解斜視図である。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線で切り取った光学装置の内部構造の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  光学装置
２  撮影装置
３  撮像素子
４  基板
５  鏡筒
６  電歪アクチュエータ
７  レンズホルダ
８  レンズバレル
９  ばね材
１０  カバー
１１、１２、１３  レンズ
【図１】
2006030811.tif 000003
【図２】
2006030811.tif 000004
【図３】
2006030811.tif 000005
【図４】
2006030811.tif 000006
【図５】
2006030811.tif 000007