(57)【要約】【課題】低電圧で駆動し、且つ部品点数の少ない光学装置及びこれを用いた撮像装置を提供する。【解決手段】  光学装置１０は、鏡筒１４と、鏡筒１４内に設置され、レンズ１３ａ〜１３ｃを保持するレンズホルダ１２と、レンズホルダ１２の一面に当接するように、鏡筒１４内に設置されたアクチュエータ１１とを備える。アクチュエータ１１は、絶縁膜５１と、絶縁膜５１の対向する面にそれぞれ形成された電極５２と、絶縁膜５１及び電極５２を覆うように形成された高分子層５３とから構成される。アクチュエータ１１の電極５２の周辺部は、電圧の印加に応じて光軸方向に盛り上がるように変形する。この光軸方向の変形を利用し、レンズホルダ１２は光軸方向に移動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡筒と、
前記鏡筒内に設置され、レンズを保持するとともに、前記レンズの光軸方向に移動可能なレンズホルダと、
前記レンズホルダの前記光軸方向の一端部に当接するように、前記鏡筒内に設置され、印加電圧に応じて変形するアクチュエータと、を備える光学装置であって、
前記アクチュエータは、絶縁膜と、該絶縁膜の両面にそれぞれ形成された電極と、前記絶縁膜及び前記電極上に形成された高分子層と、を備え、
前記レンズホルダは、前記アクチュエータの前記印加電圧に応じた変形の光軸方向の成分を利用し、前記光軸方向に移動し、
前記アクチュエータの前記絶縁膜と、前記電極と、前記高分子層は、それぞれ環状に形成され、前記光軸方向に積層して構成されており、前記電極の幅は、前記絶縁膜と前記高分子層の幅よりも小さいことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記印加電圧の極性の違いにより、前記電極周辺の前記絶縁膜及び前記高分子層が前記光軸方向に盛り上がるようにして変形す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３】
前記レンズホルダを初期位置に戻すための付勢力を与える付勢部材を更に備え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】
前記鏡筒の内壁には、前記レンズホルダの移動を前記光軸方向に導くガイドが形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置と、
前記光学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、レンズと撮像素子との焦点距離を調節するための光学装置と、これを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小なカメラを搭載した携帯電話等の電子機器が普及しており、撮像装置の小型化が求められている。そこで、撮像装置の小型化のため、オートフォカス、ズーム機構のアクチュエータとして電歪アクチュエータが用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されているように、電歪アクチュエータは、ガイド軸の外周に巻き付けた形状で設置されている。この電歪アクチュエータは、印加電圧に応じてガイド軸方向に伸長し、レンズ枠をガイド軸方向に移動させる。
【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】
【０００４】
特許文献１に開示された光学装置において、レンズ枠の移動距離は光学装置の電歪アクチュエータの伸長する長さと一致する。レンズ枠の移動距離をより増やすためには、電歪アクチュエータをより伸長させる、換言すれば電歪アクチュエータに高電圧を印加する必要がある。しかし、電歪アクチュエータに印加される電圧が高くなると、電歪アクチュエータの絶縁、耐圧性、駆動回路のサイズが問題となる。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されている電歪アクチュエータは、レンズ枠の両端に設置されたガイド柱に配置されるため、撮像装置が小型化すると、電歪アクチュエータ間に十分な空隙を確保することが困難となる。従って、良好に絶縁することが困難であり、小型化に対応し難いという問題があった。
【０００６】
絶縁性及び耐圧性の問題については、電歪アクチュエータに印加する電圧を低くすることで対処する方法も考えられる。低電圧で電歪アクチュエータの変位量を大きくするためには、電歪アクチュエータに用いられるエラストマを多層に形成し、膜厚を薄くする方法がある。しかし、薄型化には限界があり、また製造コストも増大するため、実際この方法を採ることも難しい。
【０００７】
そこで、近年の撮像装置の小型化に対応するために、光学装置のアクチュエータの変位量を所定程度確保した上で、アクチュエータに印加する電圧を低くする必要がある。また、光学装置を小型化するためには、動力伝達機構を簡略化し、部品点数を減らすことも必要である。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、低電圧で駆動し、且つ部品点数の少ない光学装置及びこれを用いた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の観点に係る光学装置は、
鏡筒と、
前記鏡筒内に設置され、レンズを保持するとともに、前記レンズの光軸方向に移動可能なレンズホルダと、
前記レンズホルダの前記光軸方向の一端部に当接するように、前記鏡筒内に設置され、印加電圧に応じて変形するアクチュエータと、を備える光学装置であって、
前記アクチュエータは、絶縁膜と、該絶縁膜の両面にそれぞれ形成された電極と、前記絶縁膜及び前記電極上に形成された高分子層と、を備え、
前記レンズホルダは、前記アクチュエータの前記印加電圧に応じた変形の前記光軸方向の成分を利用し、前記光軸方向に移動し、
前記アクチュエータの前記絶縁膜と、前記電極と、前記高分子層は、それぞれ環状に形成され、前記光軸方向に積層して構成されており、前記電極の幅は、前記絶縁膜と前記高分子層の幅よりも小さくてもよい。
【００１０】
前記アクチュエータは、前記印加電圧の極性の違いに応じて前記電極が引き合うことにより、前記電極周辺の前記絶縁膜及び前記高分子層が前記光軸方向に盛り上がるようにして変形してもよい。
【００１１】
前記光学装置は、前記レンズホルダを初期位置に戻すための付勢力を与える付勢部材を更に備えてもよい。
【００１２】
前記鏡筒の内壁には、前記レンズホルダの移動を前記光軸方向に導くガイドが形成されていてもよい。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る撮像装置は、
第１の観点に係る光学装置と、
前記光学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】
【００１４】
本発明は低電圧で駆動し、且つ部品点数の少ない光学装置及びこれを用いた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】
【００１５】
本発明の実施の形態に係る光学装置１０と撮像装置２０とを、図を用いて説明する。図１は、光学装置１０の部分断面図である。図２は、光学装置１０の断面図であり、図３は、光学装置１０の分解斜視図である。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る撮像装置２０は、光学装置１０と、撮像素子２１と、基板２２と、を備える。図１に示すように、撮像素子２１が配置された基板２２上に光学装置１０が設置されている。
【００１７】
光学装置１０は、図１に示すように、アクチュエータ１１と、レンズホルダ１２と、レンズ１３ａ〜１３ｃと、鏡筒１４と、カバー１５と、バネ１６と、を備える。
【００１８】
アクチュエータ１１は、図５（ａ）に示すように絶縁膜５１と、絶縁膜５１の対向する面それぞれに形成された電極５２と、絶縁膜５１と電極５２を覆うように形成された高分子材料の層（以下、高分子層）５３とから構成される。
【００１９】
絶縁膜５１は、常温付近でゴム状の弾性を示す高分子材料（エラストマ）、例えばシリコン樹脂、アクリルフォーム等から構成される。絶縁膜５１は、図１及び２に示すように、円環状に形成されており、絶縁膜５１の幅はレンズホルダ１２の底面の幅及び鏡筒１４の溝部１４ａの幅とほぼ同じとなるよう形成される。
【００２０】
電極５２は、伸縮性と導電性とを備える、例えばカーボンブラック、金、銀、アルミニウム等から構成され、図５（ａ）に示すように、絶縁膜５１の対向する面（両面）にそれぞれ形成される。図１及び２に示すように、電極５２も絶縁膜５１と同様に円環状であり、電極５２の幅は、絶縁膜５１及び高分子層５３の幅より小さく形成される。電極５２には図示しない電源が取り付けられ、かつ図示しない駆動回路に接続されており、図示しない制御部からの入力に従い、電圧が印加される。
【００２１】
高分子層５３は、絶縁膜５１より柔らかい、例えばエラストマ、シリコン樹脂、アクリルフォーム等から構成される。高分子層５３は、図５（ａ）に示すように絶縁膜５１及び電極５２上に、絶縁膜５１及び電極５２を覆うようにして層状に形成される。図１及び２に示すように、高分子層５３も、絶縁膜５１及び電極５２と同様に円環状であり、高分子層５３の幅は、絶縁膜５１の幅とほぼ同じに形成される。また、高分子層５３は、絶縁膜５１よりも厚く形成される。高分子層５３の一方の面は、レンズホルダ１２の一面（光軸方向の一端面）に接している。高分子層５３の他方の面は、鏡筒１４の溝部１４ａに接している。
【００２２】
このような構成を採るアクチュエータ１１の電極５２間への印加電圧を初期状態（０）から大きくすると、電極５２が静電引力によって、例えば図５（ｂ）に示すように引き合う。本実施の形態の電極５２は絶縁膜５１より幅が小さいため、電極５２間が引き合うことによって、電極５２の周囲へ絶縁膜５１が押し出され、これに伴い電極５２が面方向に押し広げられる。電極５２の周囲の絶縁膜５１はｔａ２−ｔａ１だけ鉛直方向に盛り上がる。また、電極５２の対向する面に形成された高分子層５３は、引き合う電極５２に伴って面方向に押し広げられる。電極５２の周囲の高分子層５３は、ｔｂ２−ｔｂ１だけ鉛直方向に盛り上がる。結果として、アクチュエータ１１全体としては、（ｔｂ２−ｔｂ１）×２＋（ｔａ２−ｔａ１）だけ鉛直方向に盛り上がる。このようにアクチュエータ１１の電極５２の周辺部が盛り上がるように変形する際の光軸方向の成分を利用し、図４に示すようにレンズホルダ１２は光軸方向に移動する。
【００２３】
また、アクチュエータ１１の電極５２間への印加電圧を０に変化させると、電極５２間の引き合いを止めることができる。引き合いが止まれば、絶縁膜５１と高分子層５３は図５（ａ）に示す初期状態に戻るため、レンズホルダ１２も初期位置に戻る。ここで、本実施の形態ではバネ１６によって、レンズホルダ１２に付勢力が付与されるため、アクチュエータ１１は、この付勢力により速やかに初期位置に戻る。
【００２４】
レンズホルダ１２は、円筒状の形状であり、その内側にレンズ１３ａ〜１３ｃを保持する。レンズホルダ１２の底面と反対側の面には、アクチュエータ１１の高分子層５３の一方の面が接している。レンズホルダ１２は底面に溝１２ａを備え、この溝１２ａの底面と反対側の面にはバネ１６の一端が設置される。溝部１２ａの幅とアクチュエータ１１の幅とは、ほぼ同じに形成される。レンズホルダ１２が光軸方向に移動することにより、レンズ１３ａ〜１３ｃと、撮像素子２１との距離を調節して、焦点調節を行う。
【００２５】
鏡筒１４は、円筒状の形状であり、基板２２上に設置される。鏡筒１４は、底面の内側に溝部１４ａを備える。アクチュエータ１１の高分子層５３の他方の面は、この溝部１４ａに設置される。溝部１４ａの幅とアクチュエータ１１の幅とは、ほぼ同じに形成される。また、鏡筒１４の他端にはカバー１５が固定される。カバー１５は、溝部１５ａを備え、この溝１５ａにバネ１６の他端が設置される。
【００２６】
撮像素子２１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２２上に配置される。
【００２７】
以上の構成を採る光学装置１０において、アクチュエータ１１の電極５２間への印加電圧を０から大きくすると、アクチュエータ１１の電極５２が静電引力で引き合うことによって、電極５２の周辺で、絶縁膜５１及び高分子層５３が光軸方向に上下に盛り上がる。これによって、レンズホルダ１２は光軸方向へ上に押し上げられる。アクチュエータ１１に印加する電圧を初期状態に戻すと、電極５２間の引き合いが止まるため、絶縁膜５１及び高分子層５３は初期状態に戻る。この際、バネ１６からレンズホルダ１２に対して初期状態に戻る方向に付勢力が働くため、アクチュエータ１１は、速やかに初期状態に戻る。
【００２８】
上述したように光学装置１０は、絶縁膜５１及び電極５２上に絶縁膜５１より柔らかい高分子層５３を形成したアクチュエータ１１を用いるため、低電圧で、光軸方向の変化量を得ることができる。また、アクチュエータ１１の一方の面は、レンズホルダ１２に接しているため、アクチュエータ１１の変形を直にレンズホルダ１２に伝えることができる。したがって、動力伝達手段を用いず、且つ少ない部品点数でレンズホルダ１２を動かし、レンズ１３ａ〜１３ｃと、撮像素子２１との焦点距離を調節することができる。
【００２９】
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。
例えば、上述した実施の形態ではレンズホルダ１２に付勢力を与える付勢部材として、レンズホルダ１２の周囲にバネ１６を配置する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、レンズホルダ１２が初期位置に戻るための付勢を与えられれば、バネ以外のものを採用することも可能である。
【００３０】
また、レンズホルダ１２が移動方向を一定にするため、例えば鏡筒１４の内壁に例えば溝を形成し、この溝とかみ合う凸状の部分をレンズホルダ１２の周囲に形成することも可能である。なお、レンズホルダ１２の周囲に溝を形成し、鏡筒１４の内壁に溝とかみ合う凸状の部分を形成してもよい。
【００３１】
また、上述した実施の形態ではレンズホルダ１２に保持されるレンズの枚数が３枚の場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。また、一つのレンズホルダ１２に３枚が保持される必要はなく、１枚のレンズを保持するレンズホルダ等を複数配置し、それぞれにアクチュエータ１１を配置する構成を採ることも可能である。
【００３２】
上述した実施の形態では、アクチュエータ１１は、初期状態と電圧を変化させた状態の２段階に変化させる場合を例に挙げて説明したが、これに限られずアクチュエータ１１に印加する電圧を多段階に変化させ、アクチュエータ１１の変化量を多段階として、レンズホルダ１２をレンズの光軸方向に多段階に変化させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学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光学装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光学装置の分解斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光学装置に電圧を印加した場合の断面図である。
【図５】初期状態及び印加電圧を大きくした際のアクチュエータを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  光学装置
１１  アクチュエータ
１２  レンズホルダ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  レンズ
１４  鏡筒
１５  カバー
１６  バネ
２０  撮像装置
２１  撮像素子
２２  基板
５１  絶縁膜
５２  電極
５３  高分子層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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